DE2040501B - Process for carrying out exothermic reactions between a gas and a liquid - Google Patents
Process for carrying out exothermic reactions between a gas and a liquidInfo
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Description
Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Äthylen. Wasserstoff, ist, durch das Füllkörper enthaltende Reaktionsgefäß Acetylen, Sauerstoff, in der Regel als reines bzw. hindurchgeleitet werden. Wie Tvir gefunden haben, ist technisch reines Gas verwendet Es ist zwar auch eine der Übergang von der Rieselströmung zurUbergangs-Verdünnung des als Ausgangsstoff zu verwendenden strömung durch einen plötzlichen Anstieg der Druck-Gases mit Inertgasen, wie Stickstoff, möglich, jedoch 5 differenz Δ ρ gekennzeichnet (vgl. Fig. 1). Der Überbeträgt die Menge an Inertgas in der zugeführten gang vom Bereich der Übergangsströmung zum BeMischung aus Reaktionsgas und Inertgas höchstens reich der Pulsationen ist durch das Auftreten der pul-20 Volumprozent. sierenden Strömung gekennzeichnet, die beispiels-Carbon dioxide, carbon monoxide, ethylene. Hydrogen is acetylene, oxygen, usually pure or passed through the reaction vessel containing the packing. As Tvir have found, technically pure gas is used.Although a transition from trickle flow to transition dilution of the flow to be used as starting material is possible through a sudden increase in the pressure gas with inert gases such as nitrogen, there is, however, a difference Δ ρ marked (see. Fig. 1). The excess amounts to the amount of inert gas in the supplied passage from the area of the transition flow to the admixture of reaction gas and inert gas at most rich in pulsations due to the occurrence of the pul-20 percent by volume. sizing flow, the exemplary
Die Flüssigkeit kann in reiner Form oder als Mi- weise durch Druckstöße in der Apparatur angezeigtThe liquid can be displayed in pure form or as a mole by pressure surges in the apparatus
schung mit unter den Reaktionsbedingungen inerten to wird.schung with inert to under the reaction conditions.
Flüssigkeiten, z. B. organischen Lösungsmitteln oder Die Einstellung der Übergangsströmung kann nun dem Reaktionsprodukt selbst, angewendet werden. beispielsweise auf visuelle Weise und/oder durch Mes-Außerdem kann die Flüssigkeit eine Lösung eines sung der Druckdifferenz Δ ρ erfolgen. Die Einstellung festen oder gasförmigen Ausgangsstoffes in einem der Übergangsströmung durch Messung der Druckinerten Lösungsmittel sein. 15 differenz Ap erfolgt z. B. in der Weise, daß man die Liquids, e.g. B. organic solvents or The adjustment of the transition flow can now be applied to the reaction product itself. For example, in a visual way and / or by measurement, the liquid can also solve a solution of the pressure difference Δ ρ . The setting of solid or gaseous starting material in one of the transition flow can be by measuring the pressure-inert solvent. 15 difference Ap takes place z. B. in such a way that the
Die exotherme Reaktion zwischen Gas und Flüssig- für die Umsetzung vorgesehene Belastung des Reakkeit
wird in Gegenwart fester Katalysatoren durch- tionsgefäßes mit Gas, gemessen in Nonnalvolumengeführt.
Der Katalysator kann als solcher oder nach teilen je Zeiteinheit, einstellt und beginnend bei
Auftragen auf einem inerten Trägermaterial als Trä- einer Belastung F des Reaktionsgefäßes mit Flüssiggerkatalysator
verwendet werden. Im allgemeinen ao keit, gemessen in Volumteilen je Zeiteinheit, von etwa
dient der Katalysator gleichzeitig als Füllkörper. Es Null ansteigende Mengen Flüssigkeit durch das Reist
jedoch möglich, neben den katalytisch wirksamen aktionsgefäß hindurchleitet. Hierbei wird zunächst
FüUkörpern inerte Füllkörper zu verwenden. Die der Rieselbereich durchlaufen, der durch einen nahe-Füllkörper
können beispielsweise die Form von Ku- zu linearen langsamen Anstieg der Druckdifferenz Δ ρ
gem, Ringen, Zylindern oder Tabletten aufweisen, as mit steigender Belastung F gekennzeichnet ist. Bei
Bei der Verwendung von kugelförmigen FüUkörpem weiterer Steigerung der Flüssigkeitsbelastung F wird
weisen die Kugeln im allgemeinen einen Durchmes- der Beginn des Bereichs der Übergangsströmung
ser zwischen 2 und 8 mm auf. Als zylinderförmige durch einen plötzlichen zunehmend steileren Anstieg
Füllkörper werden im allgemeinen Zylinder mit einer der Druckdifferenz A ρ angezeigt. Im allgemeinen ist
Länge von 2 bis 15 mm und einem Durchmesser zwi- 30 der Bereich der Übergangsströmung dann erreicht,
sehen 2 und 6 mm verwendet. Nicht kugel- oder zy- wenn der Anstieg der Druckdifferenz Δ ρ mit steigenlinderförmige
Füllkörper weisen im allgemeinen ein d Belastun f ausgedrückt als ^f, um minde-Volumen
auf, das dem der kugelförmigen Füllkörper 5 ' ö SF
entspricht. stens den Faktor 2, vorzugsweise um den Faktor 3,The exothermic reaction between gas and liquid is carried out in the presence of solid catalysts through the reaction vessel with gas, measured in normal volume. The catalyst can be set as such or according to parts per unit of time and, beginning with application to an inert support material, be used as a load F of the reaction vessel with liquid catalyst. In general ao speed, measured in parts by volume per unit time, of about the catalyst also serves as a packing. There zero increasing amounts of liquid through which travels, however, possible in addition to the catalytically active action vessel passes. In this case, initially fillers will be filled with inert packing. The trickle area that runs through a near-filler body can, for example, have the shape from Ku to a linear slow increase in the pressure difference Δ ρ gem, rings, cylinders or tablets, as is characterized by increasing load F. If spherical bodies are used to further increase the liquid load F, the balls generally have a diameter of the beginning of the region of the transition flow between 2 and 8 mm. Cylinders with a pressure difference A ρ are generally displayed as cylindrical packing bodies due to a sudden and increasingly steep rise. In general, a length of 2 to 15 mm and a diameter between the range of the transition flow is reached, see 2 and 6 mm. Not spherical or zy- if the increase in the pressure difference Δ ρ with ascending linder-shaped packing bodies generally have ad load expressed as ^ f , to a minimum volume that of the spherical packing bodies 5 ' ö SF
is equivalent to. at least a factor of 2, preferably a factor of 3,
Das Verfahren ist insbesondere für solche exo- 35 größer ist als der durchschnittliche Anstieg im Rieselthermen Reaktionen zwischen einem Gas und einer bereich. Mit weiterer Steigerung der Flüssigkeits-Flüssigkeit in Gegenwart fester Katalysatoren ge- belastung F erfolgt der Anstieg wieder linear, jedoch eignet, zu deren Durchführung ein enger Temperatur- nun wesentlich steiler als im Bereich der Rieselströbereich einzuhalten ist, d. h. für Reaktionen bei denen mung (vgl. Fi g. 1). Mit weiterer Steigerung der Flüssich das Auftreten von Temperaturschwankungen 40 sigkeitsbelastung F wird der Bereich der Übergangswährend der Reaktion bzw. das Auftreten von ort- strömung schließlich durchlaufen und es wird der liehen Temperaturspitzen als ungünstig erweist. Bereich der pulsierenden Strömung erreicht, der Unter engem Temperaturbereich ist im allgemeinen durch die von den Pulsationen hervorgerufenen eine Schwankungsbreite von ± 20° C, vorzugsweise Schwankungen der Druckdifferenz Δ ρ gekennzeichvon ±5°C zu verstehen. Das Verfahren ist daher 45 net ist. Die Schwankungen erfolgen etwa mit der Frez. B. vorteilhaft geeignet für die katalytische Hydrie- quenz der Pulsation. Visuell wird die Übergangsströrung und für die Äthinylierungsreaktion. Weitere mung beispielsweise in der in A. I. Ch. E. Journal, geignete Reaktionen sind z. B. die Oxidation von Bd. 10 (1964), S. 952 bis 953, beschriebenen Weise Kohlenwasserstoffen, wie Cyclohexan, p-Xylol mit eingestellt. Dabei beobachtet man im Reaktionsgefäß, molekularem Sauerstoff, die Halogenierung von Koh- 50 daß der Anfangsteil des Reaktionsgefäßes nach der lenwasserstoffen. Bei der Anwendung des neuen Ver- Zuführung von Gas und Flüssigkeit von einem innigen fahrens auf die einzelnen Reaktionen werden im all- Gemisch von Gas und Flüssigkeit turbulent durchgemeinen die für die Reaktion üblichen allgemeinen strömt wird. Da das Gas während der Reaktion zu-Reaktionsbedingungen, wie feste Katalysatoren, Tem- nehmend verbraucht wird, nimmt die Zahl der Gasperatur nicht berührt. Die durch das neue Verfahrea 55 bläschen im Reaktionsgemisch beim Durchlaufen des bedingte raschere und intensivere Durchmischung Reaktionsgefäßes ab, und im entsprechenden Maße von Gas und Flüssigkeit kann jedoch von Einfluß wird das durch den Verbrauch des Gases frei wersein auf die Reaktionsgeschwindigkeit, wobei es ge- dende Volumen durch die Flüssigkeit ausgefüllt. An gebenenfalls zweckmäßig ist, die Verfahrenspara- der Abführung des Reaktionsgefäßes beobachtet man meter, die mittlere Verweilzeit, Temperatur und Ka- 60 dann schließlich, je nach dem Grade der Umsetzung talysatormenge, die bei einer technischen Arbeits- des Gases oder dem Gehalt an Inertgas, daß praktisch weise sich als optimal erwiesen haben, auf Grund gar kein Gas mehr austritt bzw. nur ein Bruchteil des der neuen höheren Reaktionsgeschwindigkeit erneut eingesetzten Gases in Form von Gasblasen in der zu optimieren. Flüssigkeit das Reaktionsgefäß verläßt.The procedure is especially for such exo- 35 is greater than the average increase in the Rieselthermen reactions between a gas and an area. With a further increase in the liquid-liquid load F in the presence of solid catalytic converters, the increase is linear again, but it is suitable if a narrow temperature must now be maintained at a much steeper rate than in the trickle flow area, i.e. for reactions in which mung (cf. Fig. 1). With a further increase in the temperature fluctuations the occurrence of temperature fluctuations, the area of transition during the reaction or the occurrence of local flow is finally passed through and the temperature peaks are found to be unfavorable. Reached the range of the pulsating flow, the narrow temperature range is generally to be understood by the fluctuations caused by the pulsations, a fluctuation range of ± 20 ° C, preferably fluctuations in the pressure difference Δ ρ of ± 5 ° C. The procedure is therefore 45 net. The fluctuations occur approximately with the Frez. B. advantageously suitable for the catalytic hydration rate of the pulsation. The transition disorder and for the ethynylation reaction become visible. Further mung, for example, in the AI Ch. E. Journal, suitable reactions are, for. B. the oxidation of Vol. 10 (1964), pp. 952 to 953, described manner hydrocarbons such as cyclohexane, p-xylene with adjusted. One observes in the reaction vessel, molecular oxygen, the halogenation of carbon, that the initial part of the reaction vessel after the hydrogen. With the application of the new supply of gas and liquid from an intimate drive to the individual reactions, the general mixture of gas and liquid becomes turbulent in general and the general flow usual for the reaction. Since the gas is constantly consumed during the reaction to reaction conditions, such as solid catalysts, the number of the gas temperature is not affected. The bubbles in the reaction mixture caused by the new process a 55 when passing through the conditional, faster and more intensive mixing of the reaction vessel, and to the corresponding extent of gas and liquid, however, the fact that the consumption of the gas is released can influence the reaction rate, whereby it ends Volume filled by the liquid. If necessary, it is advisable to observe the process parameters of the discharge of the reaction vessel, the mean residence time, temperature and ca- 60 then finally, depending on the degree of conversion, the amount of catalyst that is required for a technical working of the gas or the content of inert gas, that practically wise have proven to be optimal, because no more gas escapes or only a fraction of the new, higher reaction rate used gas in the form of gas bubbles in the optimization. Liquid leaves the reaction vessel.
Es ist ein wesentliches Merkmal des neuen Ver- 65 Zur Erzielung des erfindungsgemäß erforderlichenIt is an essential feature of the new method
fahrens, daß Gas und Flüssigkeit in Form der Über- Umsatzes des Gases ist die Verwendung eines lang-driving that gas and liquid in the form of the over-conversion of the gas is the use of a long-
gangsströmung (transition flow), wie sie in A. I. Ch. E. gestreckten Reaktionsgefäßes erforderlich. Die Reak-transition flow, as required in A. I. Ch. E. elongated reaction vessel. The Rea-
Journal, Bd. 10 (1964), S. 952 bis 953, beschrieben tionsgefäße können einen Querschnitt in beliebigerJournal, Vol. 10 (1964), pp. 952 to 953, described tion vessels can have a cross section in any
Form, beispielsweise in Form eines Quadrats oder einer Ellipse aufweisen. Im allgemeinen verwendet man zylinderförmige Reaktionsgefäße. Das Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Reaktionsgefäßes beträgt im allgemeinen 1:5 bis 1: 300, vorzugsweise 1:10 bis 1:150, insbesondere 1: 20 bis 1:100. An Stelle eines langgestreckten Reaktionsgefäßes mit dem angegebenen Verhältnis von Durchmesser zu Länge können jedoch nuch zwei oder mehrere hintereinandergeschaltete Einzelreaktionsgefäße verwendet werden, die jeweils ein größeres Verhältnis von Durchmesser zu Länge wie beim langgestreckten Reaktionsgefäß aufweisen, die aber in der Wirkung dem langgestreckten Reaktionsgefäß entsprechen. In der Regel wird man zwei oder mehrere hintereinandergeschaltete Einzelreaktionsgefäße an Stelle eines langgestreckten Reaktionsgefäßes verwenden, wenn ein einzelnes langgestrecktes Reaktionsgefäß wegen seiner Länge technische Schwierigkeiten hervorrufen würde. Dementsprechend beträgt die Zahl der hintereinandergeschalteten Reaktionsgefäße in der Regel zwei bis zehn.Have shape, for example in the form of a square or an ellipse. Generally used one cylindrical reaction vessels. The ratio of the diameter to the length of the reaction vessel is generally 1: 5 to 1: 300, preferably 1:10 to 1: 150, in particular 1:20 to 1: 100. On Place an elongated reaction vessel with the specified ratio of diameter to length however, two or more individual reaction vessels connected in series can also be used, each of which has a greater ratio of diameter to length than in the case of the elongated reaction vessel, but which in the effect of the elongated one Correspond to the reaction vessel. As a rule, two or more are connected in series Use single reaction vessels instead of an elongated reaction vessel if a single one elongated reaction vessel would cause technical difficulties because of its length. Accordingly the number of reaction vessels connected in series is usually two to ten.
Die Reaktionsgefäße können senkrecht oder waagerecht ausgerichtet sein und auch Zwischenlagen einnehmen. Vorzugsweise werden jedoch senkrecht stehende Reaktionsgefäße verwendet. Die senkrecht stehenden Reaktionsgefäße können von oben nach unten oder von unten nach oben von Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom durchflossen werden. Im allgemeinen wird man in den senkrecht stehenden Reaktionsgefäßen Gas und Flüssigkeit von oben nach unten leiten.The reaction vessels can be aligned vertically or horizontally and also take intermediate layers. However, vertical reaction vessels are preferably used. The vertical Standing reaction vessels can move from top to bottom or from bottom to top of gas and liquid flowed through in direct current. In general, the reaction vessels are upright Pass gas and liquid from top to bottom.
Bei Gas-Flüssigkeitsreaktionen mit besonders hoher Umsetzungsgeschwindigkeit für das Gas kann es vorteilhaft sein, die insgesamt zuzuführende Gasmenge nicht als gesamte Menge in den Anfangsteil des langgestreckten Reaktionsgefäßes einzuführen, weil man hierdurch leicht in den Bereich der pulsierenden Strömung geraten könnte, sondern die insgesamt zuzuführende Gasmenge in zwei oder mehreren Teilmengen in Richtung der Achse des Reaktionsgefäßes hintereinanderliegenden Segmenten des Reaktionsgefäßes zuführt. Bei dieser Arbeitsweise wird man in der Regel 2 bis etwa 5 Teilmengen zuführen, wobei man bei der Hintereinanderschaltung von mehreren Reaktionsgefäßen die Teilmengen zweckmäßig jeweils dem Anfangsteil der Einzelreaktionsgefäße zuführt. Bei dieser Ausführungsform kann durch das Zwischenschalten von "Wärmeaustauschern eine besonders gleichmäßige Temperaturführung erzielt werden.In the case of gas-liquid reactions with a particularly high conversion rate for the gas it may be advantageous not to put the total amount of gas to be supplied as a total amount in the initial part of the elongated reaction vessel, because this easily moves into the area of the pulsating Flow, but the total amount of gas to be supplied in two or more Subsets in the direction of the axis of the reaction vessel segments of the one behind the other Reaction vessel feeds. In this way of working, you will usually add 2 to about 5 partial amounts, where, when several reaction vessels are connected in series, the partial quantities expediently in each case supplied to the initial part of the individual reaction vessels. In this embodiment can through the interposition of "heat exchangers" a particularly uniform temperature control is achieved will.
Das Verfahren der Erfindung kann diskontinuierlich und kontinuierlich ausgeführt werden. Das Verfahren wird z. B. in der Weise kontinuierlich ausgeführt, daß man das Reaktionsgemisch im Kreise durch, das Füllkörpergefäß hindurchleitet, wobei man die Ausgangsstoffe dem im Kreise geführten Reaktionsgemisch vor dem Eintritt in das Reaktionsgefäß zuführt und das Reaktionsprodukt dem im Kreise geführten Reaktionsgemisch nach Verlassen der Reaktionszone entnimmt Man kann das kontinuierliche Verfahren auch in der Weise ausführen, daß man das Reaktionsgemisch mehrere, z.B. 3 bis 5 hintereinandergeschaltete Umlaufapparaturen durchlaufen läßtThe process of the invention can be carried out batchwise and continuously. The procedure is z. B. continuously carried out in such a way that the reaction mixture in a circle through, the packed vessel passes through it, the starting materials being added to the circulating reaction mixture before it enters the reaction vessel and the reaction product of the circulating reaction mixture after leaving the reaction zone The continuous process can also be carried out in such a way that the Run the reaction mixture through several, e.g. 3 to 5, circulation apparatuses connected in series leaves
Bei der Anwendung des neuen Verfahrens auf die Äthinylierungsreaktion, d. h. die Herstellung von Alkinolen und bzw. oder Alkindiolen durch Umsetzung von Acetylenen mit Aldehyden in Gegenwart von Schwermetall-Acetyliden und gegebenenfalls in Gegenwart von basischen Mitteln, werden in der Regel Acetylide von Schwermetallen der ersten oder zweiten Gruppe des Periodensystems als feste Katalysatoren verwendet. Die Schwermetall-Acetylide können als solche für die Reaktion eingesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Schwermetalle selbst oder deren Salze einzusetzen, welche dann zu BeginnIn applying the new method to the ethynylation reaction, i. H. the manufacture of Alkynols and / or alkynediols by reacting acetylenes with aldehydes in the presence of heavy metal acetylides and optionally in the presence of basic agents, are in the Usually acetylides of heavy metals of the first or second group of the periodic table as solid catalysts used. The heavy metal acetylides can be used as such for the reaction. However, it is also possible to use the heavy metals themselves or their salts, which are then used at the beginning
ίο der Umsetzung in die entsprechenden Acetylide umgewandelt werden. Geeignete Schwermetalle sind beispielsweise Silber, Gold, Quecksilber und insbesondere Kupfer. Bei der Verwendung von Schwermetallsalzen ist die Art des Anions nicht kritisch. Als Schwermetallsalze kommen beispielsweise Kupferphosphat, Kupferacetat, Kupfer(I)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid, Kupferacetat, Kupferformiat. Silbernitrat oder Quecksilberchlorid in Betracht. Die Schwermetall-Acetylide werden vorzugsweise nach dem Auftragenίο the implementation converted into the corresponding acetylides will. Suitable heavy metals are, for example, silver, gold, and mercury in particular Copper. When using heavy metal salts, the type of anion is not critical. When Heavy metal salts come, for example, copper phosphate, copper acetate, copper (I) chloride, copper (II) chloride, Copper acetate, copper formate. Silver nitrate or mercury chloride into consideration. The heavy metal acetylides are preferably after application
auf geformtes Trägermaterial, welches gleichzeitig als Füllkörper dient, verwendet. Geeignete Trägermaterialien sind beispielsweise Aluminiumoxid, Tierkohle, Kieselgur und insbesondere Kieselgel. Die Äthinylierung wird zweckmäßig in Gegenwart eines inerten Lösungs- oder Verdünnungsmittels, wie Alkohole, Äther, Ester, Carbonamide, aromatische und aliphatische, Kohlenwasserstoffe oder Wasser ausgeführt. Es seien hier beispielsweise genannt Äthanol, Isobutanol, n-Butanol, Äth\ !glycol, Dioxan, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon. Man kann auch das Endprodukt selbst oder überschüssigen flüssigen Ausgangsstoff als Verdünnungsmittel verwenden.on shaped carrier material, which also serves as a filler body. Suitable carrier materials are for example aluminum oxide, animal charcoal, kieselguhr and especially silica gel. The ethynylation is expedient in the presence of an inert solvent or diluent, such as Alcohols, ethers, esters, carbonamides, aromatic and aliphatic, hydrocarbons or water executed. Examples include ethanol, isobutanol, n-butanol, eth / glycol, dioxane, Tetrahydrofuran, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone. You can also use the end product itself or excess liquid starting material as a diluent use.
Für die Äthinylierung werden Alkylacetylene, vorzugsweise solche mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen. Arylacetylene, vorzugsweise solche mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, sowie Alkenyl- und Alkinylacetylene mit vorzugsweise 4 bis 6 Kohlenstoffatomen und insbesondere Acetylen selbst verwendet. Es seien beispielsweise genannt Methylacetylen, Äthylacetylen, Phenylacetylen, Vinylacetylen, Diacetylen.For the ethynylation, alkylacetylenes, preferably those with 3 to 6 carbon atoms, are used. Arylacetylenes, preferably those with up to 12 carbon atoms, as well as alkenyl and alkynyl acetylenes with preferably 4 to 6 carbon atoms and in particular acetylene itself is used. For example called methylacetylene, ethylacetylene, phenylacetylene, vinyl acetylene, diacetylene.
Für die Äthinylierung werden aromatische Aldehyde mit vorzugsweise bis zu 11 Kohlenstoffatomen und insbesondere aliphatische Aldehyde verwendet.For the ethynylation, aromatic aldehydes with preferably up to 11 carbon atoms are used and in particular aliphatic aldehydes are used.
Die aliphatischen Aldehyde weisen im allgemeinen 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome auf. Geeignete Aldehyde sind beispielsweise Acetaldehyd. Butyraldehyd, n-Capronaldehyd, Benzaldehyd und vorzugsweise Formaldehyd. Der Formaldehyd kann in monomerer Form, z.B. als technische wäßrige Formaldehydlösung, beispielsweise als 20- bis 50-gewichtsprozentige Lösung oder in polymerer Form, z. B. als Trioxan und insbesondere Paraformaldehyd, verwendet werden. Technische wäßrige Formaldehydlösungen werden bevorzugt verwendetThe aliphatic aldehydes generally have 1 to 12, preferably 1 to 6, carbon atoms. Suitable aldehydes are, for example, acetaldehyde. Butyraldehyde, n-caproaldehyde, benzaldehyde and preferably formaldehyde. The formaldehyde can be in monomeric form, e.g. as technical aqueous Formaldehyde solution, for example as a 20 to 50 percent by weight solution or in polymer form, z. B. as trioxane and especially paraformaldehyde can be used. Technical aqueous formaldehyde solutions are preferred
Im allgemeinen wird die Umsetzung ohne Zugabe von basischen Mitteln ausgeführt Es ist jedoch auch möglich, die Äthinylierung in Gegenwart von basischen Mitteln durchzuführen. Als basische Mittel kommen beispielsweise Carbonsäuresalze, Carbonate, Hydroxide der Erdalkali- oder Alkalimetalle in Betracht. Es seien hier beispielsweise genannt Kaliumformiat Natriumacetat Natriumcarbonat Kaliumcarbonat Magnesiumcarbonat Calchimhydroxyd.In general, the reaction is carried out without the addition of basic agents. However, it is also possible to carry out the ethynylation in the presence of basic agents. As a basic agent For example, carboxylic acid salts, carbonates, hydroxides of the alkaline earth or alkali metals come into consideration. Examples include potassium formate sodium acetate sodium carbonate potassium carbonate Magnesium carbonate calchim hydroxide.
Die basischen Mittel können beispielsweise in gelösterThe basic agents can be dissolved, for example
Form in der Reaktionsmischung angewendet werden.Form can be applied in the reaction mixture.
Bei dem Verfahren wird der Ausgangsstoff mit demIn the process, the starting material with the
niedrigeren Siedepunkt gasförmig und der Ausgangs-lower boiling point gaseous and the initial
ki H di z\ B η d ki H di z \ B η d
d d ti dd d ti d
P ο S gP ο S g
η Ii tiη Ii ti
f P d T f P d T
L ν ei 5 s t L ν ei 5 s t
stoff mit dem höheren Siedepunkt als Flüssigkeit zu- Differenzdruck zwischen Zuführung zur Säule und geführt. Die Äthinylierungen werden im allgemeinen Abführung von der Säule wird über den Differenzbei Temperaturen zwischen —10 und 120° C, ins- druckmesser 8 gemessen und beträgt 0,3 atü. Bei besondere zwischen —10 und 100° C, durchgeführt. einem Acetylendruck von 5 atü beträgt die Reak-substance with the higher boiling point than liquid to- Differential pressure between feed to the column and guided. The ethynylations are generally removed from the column via the difference in Temperatures between -10 and 120 ° C, measured pressure gauge 8 and is 0.3 atm. at especially between -10 and 100 ° C. an acetylene pressure of 5 atmospheres, the reac-
Im allgemeinen werden die Ausgangsstoffe im Mol- 5 üonstemperatur in der Füllkörpersäule 105° C. Aus verhältnis von etwa 1:1 zur Reaktion gebracht. Es dem Abscheider werden je Stunde 1,17 Liter Reakist jedoch auch möglich, einen der beiden Ausgangs- tionsprodukt 15 abgeführt, das einen Formaldehydstoffe im Überschuß zu verwenden, wobei zweck- gehalt von 15 Gewichtsprozent aufweist. Die Ausmäßig ein Molverhältnis der Ausgangsstoffe zwischen beute an Butindiol beträgt, bezogen auf umgesetzten 1:1 und 1:10, insbesondere zwischen 1:1 und 1:3 w Formaldehyd, 97% der Theorie. Der Umsatz an aufrechterhalten wird. Formaldehyd beträgt 6O0Z0.In general, the starting materials are reacted at a molar temperature of 105 ° C. in the packed column. From a ratio of about 1: 1. The separator is 1.17 liters of reactant per hour, but it is also possible to discharge one of the two starting products 15 which use a formaldehyde substance in excess, with an expedient content of 15 percent by weight. The molar ratio of the starting materials between the amount of butynediol, based on converted 1: 1 and 1:10, in particular between 1: 1 and 1: 3 w formaldehyde, is 97% of theory. Sales at is maintained. Formaldehyde is 6O 0 Z 0 .
Bei der Anwendung des neuen Verfahrens auf die R . .When applying the new procedure to the R. .
katalytische Hydrierung können die üblichen festen Beispiel 2catalytic hydrogenation can use the usual solid Example 2
Hydrierkatalysatoren wie Platin-, Palladium-, Rho- Fünf senkrecht stehende Füllkörpersäulen von jeHydrogenation catalysts such as platinum, palladium, rho five vertical packed columns of each
dium-, Ruthenium-, Nickel- oder Kobalt-Metalle, die 15 8 m Länge und einem Durchmesser von 140 mm werzweckmäßig auf Trägermaterialien wie Tierkohle, den durch Röhren so hintereinandergeschaltet, daß Bariumsulfat, Calciumcarbcnat, Kieselgel, Ahimi- das untere Ende des ersten Reaktors mit dem oberen niumoxid aufgebracht sind, verwendet werden. Nach Ende des zweiten Reaktors, das untere Ende des zweidem neuen Verfahren können die üblichen katalyti- ten mit dem oberen Ende des dritten Reaktors und sehen Hydrierungen ausgeführt werden, z. B. die Hy- ao so fort verbunden ist.dium, ruthenium, nickel or cobalt metals, the 15 8 m length and a diameter of 140 mm are practical on carrier materials such as animal charcoal, which are connected in series through tubes in such a way that Barium sulfate, calcium carbonate, silica gel, Ahimi- the lower end of the first reactor with the upper one Nium oxide are applied, can be used. After the end of the second reactor, the lower end of the two new processes can use the usual catalyti- t with the upper end of the third reactor and see hydrogenations being carried out, e.g. B. the Hy- ao is immediately connected.
drierung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbin- Das jeweils einen Reaktor am unteren Ende ver-dration of carbon-carbon triple bonds The one reactor at the lower end is
dung zur entsprechenden Doppelbindung oder gesät- lassende Gas-Flüssigkeits-Gemisch wird also ohne tigten Bindung, die Hydrierung der Doppelbindung, weitere Trennung auf den Kopf des nächsten Reakdie Hydrierung von aromatischen zu cycloaliphati- tionsgefäßes gegeben. Am Ende des letzten Reaktors sehen Kohlenwasserstoffen, von Carbonylgruppen zu 25 befindet sich ein Trenngefäß. Die fünf Füllkörper-Hydroxylgruppen, von Nitrogruppen zu Aminogrup- säulen werden mit einem Hydrierkatalysator gefüllt, pen, von Nitrilverbindungen zu Aminen, von Amin- der aus Strängen von 6 mm Durchmesser und 4 bis oxidgruppen zu Aminen, die Hydrogenolyse von 10 mm Länge besteht und jeweils 20% Nickel auf Schutzgruppen, wie Benzylester- oder Benzyläther- Kieselgel enthält.The formation of the corresponding double bond or the gas-liquid mixture that leaves a seed thus becomes without tied bond, hydrogenation of the double bond, further separation at the head of the next reaction Hydrogenation of aromatic to cycloaliphatic vessels added. At the end of the last reactor see hydrocarbons, from carbonyl groups to 25 there is a separation vessel. The five packing hydroxyl groups, from nitro groups to amino groups are filled with a hydrogenation catalyst, pen, from nitrile compounds to amines, from amines from strands of 6 mm in diameter and 4 to oxide groups to amines, the hydrogenolysis of 10 mm in length and each 20% nickel Protective groups such as benzyl ester or benzyl ether silica gel contains.
gruppen, die Hydrogenolyse von Säurechloriden zu 30 Duch die fünf Säulen werden nun 960 Liter je Aldehyden. Stunde 2-Äthylhexanol-l im Kreis gepumpt undgroups, the hydrogenolysis of acid chlorides to 30 Duch the five columns are now 960 liters each Aldehydes. Hour 2-ethylhexanol-l pumped in a circle and
Die Hydrierung kann in Abwesenheit von Lösungs- 160 Liter je Stunde 2-Äthylhexan-2-al-l am Kopf mitteln durchgeführt werden. Es ist jedoch auch mög- der ersten Kontaktsäule zudosiert. Die Temperatur lieh, die Hydrierung in Gegenwart der für die kataly- des eintretenden Gemisches beträgt 90° C. Außerdem tische Hydrierung gebräuchlichen Flüssigkeiten, wie 35 werden am Kopf der ersten Säule 44 Nm3 je Stunde Äthern. Estern, niederen aliphatischen Carbonsäuren, Wasserstoff unter einem Druck von 27 atü eingepreßt. Alkoholen oder Wasser durchzuführen. Für die erfin- Gas und Flüssigkeit durchlaufen die fünf Türme in dungsgemäße katalytische Hydrierung können z. B. der Richtung jeweils von oben nach unten und wer-Temperaturen zwischen 10 und 300° C und Drücke den nach dem Durchlaufen des fünften Turmes wiezwischen Atmosphärendruck und 325 at angewendet 4° der getrennt. Aus dem Flüssigkeitskreislauf werden werden. Es ist jedoch auch möglich, bei verminder- 162 Liter je Stunde als Reaktionsprodukt entnomtem Druck, z. B. 600 Torr, zu arbeiten. men. Die austretende Gasmenge beträgt 5,5 Nm3 jeThe hydrogenation can be carried out in the absence of solution 160 liters per hour of 2-ethylhexane-2-al-l at the head means. However, it is also possible to meter it into the first contact column. The temperature borrowed the hydrogenation in the presence of the mixture entering the catalyst is 90 ° C. In addition, liquids commonly used for hydrogenation, such as 35, 44 Nm 3 per hour of ethers are at the top of the first column. Esters, lower aliphatic carboxylic acids, hydrogen injected under a pressure of 27 atmospheres. Carry out alcohols or water. For the inven- gas and liquid pass through the five towers in the proper catalytic hydrogenation can, for. B. the direction in each case from top to bottom and who temperatures between 10 and 300 ° C and pressures that applied after passing through the fifth tower such as between atmospheric pressure and 325 at 4 ° of the separated. Become out of the fluid cycle. However, it is also possible, at a reduced pressure of 162 liters per hour as the reaction product, e.g. B. 600 Torr to work. men. The amount of gas escaping is 5.5 Nm 3 each
. Stunde und wird als Abgas abgeleitet. Das die letzte. Hour and is discharged as exhaust gas. The last one
Beispiel 1 Säule verlassende Produkt hat eine Temperatur vonExample 1 Product leaving column has a temperature of
Für die Umsetzung wurde eine druckfeste Füll- 45 170° C. Das zum ersten Turm zurückgeführte Gekörpersäule 1 aus nichtrostendem Stahl mit einer misch wird auf 120° C abgekühlt. Das den letzten Länge von 6 m und einem Durchmesser von 45 mm Turm verlassende 2-Äthylhexanol-l weist eine Reinverwendet (vgl. F i g. 2). Die Füllkörpersäule war mit heit von 96 0Zo auf. Die Ausbeute beträgt 97,7 %. einem in Strängen von 3 mm Durchmesser und 2,5 bisA pressure-resistant filling 45 170 ° C was used for the implementation. The body column 1 made of stainless steel with a mixer, which is returned to the first tower, is cooled to 120 ° C. The 2-ethylhexanol-1 leaving the last length of 6 m and a diameter of 45 mm tower has a pure used (cf. FIG. 2). The packed column had a unit of 96 0 Zo. The yield is 97.7%. one in strands of 3 mm in diameter and 2.5 to
5 mm Länge geformten Trägerkatalysator gefüllt, des- 50 Beispiel35 mm length shaped supported catalyst filled, des- 50 Example 3
sen Analyse einen Gehalt von 85 Gewichtsprozentsen analysis a content of 85 percent by weight
Kieselgel, 12 Gewichtsprozent CuO und 3 Ge- Ein Glasrohr von 30 mm lichter Weite und 2 πSilica gel, 12 percent by weight CuO and 3 Ge A glass tube of 30 mm internal width and 2 π
wichtsprozent Wismut ergab. Durch Leitung 11a Länge wurde mit einem Hydrierkatalysator aus Strän wurde 1 Liter je Stunde 37gewichtsprozentige gen von 2 mm Durchmesser und 2 bis 6 mm Läng< wäßrige Formaldehydlösung 11 und durch Leitung 9 α 55 gefüllt, dessen Analyse einen Gehalt von 0,4Ge 120 Normalliter je Stunde Acetylen 9 zugeführt. Durch wichtsprozent Palladium und 99,6 Gewichtsprozen Zuführung 12 wurde die im Kreis geführte Reaktions- Kieselgel ergab. Am Kopf der senkrecht stehende! flüssigkeit der Füllkörpersäule zugeführt Nach Durch- Säule wurden durch eine Leitung 1,2 Liter je Stundi laufen der Füllkörpersäule erfolgte im Abscheider! einer 20gewichtsprozentigen Lösung von Trimethyl eine Trennung in Gasphase und flüssiges Reaktions- 60 p-benzochinon in Isobutanol zugepumpt und durci gemisch. 92 Liter je Stunde des flüssigen Reaktions- eine weitere Leitung 50 Normalliter je Stunde Was gemisches werden aus dem Abscheider durch Abfüh- serstoff zugegeben. Das untere Ende des Rohres wa rung 16 über Umlaufpumpe 3 und Durchflußmesser 6 mit einem Gefäß verbunden, in dem sich das da sowie über den Umlaufkühler 5 im Kreis geführt. Ein Rohr verlassende Gas-Flüssigkeitsgemisch trennte Teil des flüssigen Reaktionsgemisches aus dem Ab- 65 Die Flüssigkeit wurde durch eine Pumpe im Kreislan scheider 2 wird durch Abführung 14 als Reaktions- wieder auf den Kopf des Reaktionsrohres gefördei produkt 15 entnommen. Über Abführung 10 a werden und eine der zugeführten Chinonlösung entsprechend 30 Normalliter Abgas 10 je Stunde entnommen. Der Menge aus dem Abscheider entnommen. Die Mengweight percent bismuth. Through line 11a length was with a hydrogenation catalyst from strands 1 liter per hour was 37 percent by weight genes 2 mm in diameter and 2 to 6 mm in length aqueous formaldehyde solution 11 and filled through line 9 α 55, the analysis of which has a content of 0.4Ge 120 normal liters of acetylene 9 per hour are supplied. By weight percent palladium and 99.6 weight percent Feed 12 was the circulated reaction silica gel. At the head of the vertical one! liquid fed to the packed column. After passing through a line, 1.2 liters per hour the packed column was running in the separator! a 20 weight percent solution of trimethyl a separation into gas phase and liquid reaction- 60 p-benzoquinone in isobutanol pumped in and durci mixture. 92 liters per hour of the liquid reaction - another line 50 normal liters per hour of what Mixtures are added from the separator through the discharge material. The lower end of the pipe wa tion 16 connected via circulation pump 3 and flow meter 6 with a vessel in which there is and passed through the circulating cooler 5 in a circle. Gas-liquid mixture leaving a pipe separated Part of the liquid reaction mixture from the waste 65 The liquid was circulated by a pump separator 2 is conveyed back to the top of the reaction tube through discharge 14 as a reaction product 15 removed. About discharge 10 a and one of the quinone solution supplied accordingly 30 normal liters of exhaust gas 10 taken per hour. Taken from the amount from the separator. The Meng
der im Kreis gepumpten Flüssigkeit betrug 56 Liter je Stunde. Zwischen dem oberen und unteren Ende der Säule stellte sich ein Differenzdruck von 55 Tonern. Die Temperatur der umgepumpten Flüssigkeit betrug 85° C. Am unteren Ende des Rohres ließ man über das Trenngefäß 1,5 Normalliter je Stunde Abgas entweichen. Aus dem Abscheider wurde 1,2 Liter Reaktionslösung je Stunde abgeführt, die einen Gehalt an Trimethylhydroch'non von 20 Gewichtsprozent hatte. Umsatz und Ausbeute betrugen praktisch 100% der Theorie.the liquid pumped in a circle was 56 liters per hour. Between the top and bottom the column found a differential pressure of 55 toners. The temperature of the liquid being pumped was 85 ° C. At the lower end of the tube, 1.5 standard liters of exhaust gas per hour were passed through the separating vessel escape. 1.2 liters of reaction solution were discharged per hour from the separator, which had a content of trimethylhydrochnon of 20 percent by weight. Conversion and yield were practically 100% the theory.
Abhängigkeil der Druckdifferenz Δ ρ
von der Flüssigkeitsbelastung F der FüllkörpersäuleDependent wedge of the pressure difference Δ ρ
on the liquid loading F of the packed column
Zur Messung der Abhängigkeit der Druckdifferenz Δ ρ von der Flüssigkeitsbelastung der Füllkörpersäule F wurde die folgende Apparatur (vgl. F i g. 3) verwendet: Ein 130 cm langes Glasrohr 1 mi. einer lichten Weite von 45 mm ist auf eine Länge vonThe following apparatus (cf. FIG. 3) was used to measure the dependence of the pressure difference Δ ρ on the liquid load on the packed column F: A 130 cm long glass tube 1 ml. a clear width of 45 mm is over a length of
1010
120 cm mit Glaskugeln von 3 mm Durchmesser gefüllt. Die Glaskugeln werden am unteren Ende der Säule durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 1,5 mm festgehalten. Die Ausflußöffnung weist einen Querschnitt auf, der größer ist als der zwischen den Kugeln zur Verfugung stehende freie Querschnitt, so daß sich kein zusätzlicher Druck durch den Stau von Gas und Flüssigkeit in der Ausflußöffnung ausbilden kann. Die Messung der eintretenden Gas- und Flüssig-120 cm filled with glass balls 3 mm in diameter. The glass balls are at the bottom of the Column held by a sieve with a mesh size of 1.5 mm. The outflow opening has a Cross-section that is larger than the free cross-section available between the balls, see above that no additional pressure builds up due to the accumulation of gas and liquid in the outflow opening can. The measurement of the incoming gas and liquid
keitsmengen erfolgt durch die Rotameter 7 und 6. Die Druckdifferenz Δ ρ wird im Manometer» gemessen. Zur Messung der Druckdifferenz Δ ρ wurde jeweils die Wasserstoffmenge (9) konstant gehalten und die Flüssigkeitsbelastung F langsam gesteigert, wobei alsThe flow rate is determined by the rotameters 7 and 6. The pressure difference Δ ρ is measured in the manometer ». To measure the pressure difference Δ ρ , the amount of hydrogen (9) was kept constant and the liquid load F was slowly increased, with as
Flüssigkeit Wasser verwendet wurde. Die Abhängigkeit der Druckdifferenz Δ ρ von der Flüssigkeitsmenge F bei verschiedenen, für jede Versuchsreihe jedoch konstantgehaltenen Gasmengen wird in Fig. !dargestellt.Liquid water was used. The dependence of the pressure difference Δ ρ on the amount of liquid F for different amounts of gas, which are kept constant for each series of experiments, is shown in FIG.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
S. 109 bis 119), in der Weise auszuführen, daß man Bei dem neuen Verfahren wird eine sehr innige die Flüssigkeit in Füllkörperkolonnen über den als Vermischung von Gas und Flüssigkeit erzielt und Füllkörper verwendeten Katalysator herabrieseln 35 gleichzeitig eine wesentlich höhere Belastung der läßt, während gleichzeitig das Gas im Gleichstrom ge- Füllkörpersäule mit Gas und Flüssigkeit erreicht als führt wird. Bei diesem sogenannten Rieselverfahren nach dem Rieselverfahren. Daher werden die Reakwird jedoch nur eine schlechte Raumzeitausbeute er- tionsprodukte aus Gas und Flüssigkeit in wesentlich zielt. Wegen der schwierigen Wärmeabführung wer- höherer Raumzeitausbeute erhalten als bei der Herden wegen des Auftretens von lokalen Temperatur- 40 stellung nach dem Rieselverfahren. Die Reaktionsspitzen sehr leicht Nebenprodukte gebildet und bzw. wärme läßt sich sehr leicht ableiten, ohne daß ört- oder Katalysatorschädigungen verursacht. liehe Temperaturspitzen auftreten. Hiirdurch wird Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. die Bildung von Nebenprodukten weitgehend vereine Betriebsweise für die Durchführung exothermer hindert, so daß die Reaktionsprodukte in einer höhe-Reaktionen an festen, fest angeordneten Katalysato- 45 ren Reinheit erhalten werden als nach den bekannten ren vorzuschlagen, wobei die Reaktanten teils gas- Verfahren.It is known that exothermic reactions between the liquid, however, caused by pulsations gases and liquids in the presence of fixed fluctuations in the pressure difference Ap catalysts, z. B. the reaction of acetylene and 30 does not yet occur, and a ratio of formaldehyde to butynediol (cf. Ulimann's Encyc- the reaction vessel supplied to the gas quantity of 4: 1 that allows this Verklopadie der technischen Chemie, Vol. 3 [1953]) up to 100: 1.
P. 109 to 119), to be carried out in such a way that in the new process a very intimate liquid is achieved in packed columns over the catalyst used as a mixture of gas and liquid and the packed catalyst can trickle down 35 at the same time, while causing a much higher load on the at the same time the gas is reached in cocurrent as a packed column with gas and liquid leads. In this so-called trickle method after the trickle method. Therefore, the reaction will only have a poor space-time yield and will essentially target the products of gas and liquid. Because of the difficult heat dissipation, a higher space-time yield is obtained than with the herds because of the occurrence of local temperature settings according to the trickle method. The reaction peaks very easily formed by-products and or heat can be dissipated very easily without causing local damage or damage to the catalyst. lent temperature peaks occur. It is the object of the invention to provide a process or the formation of by-products largely preventing a single mode of operation for carrying out exothermic reactions, so that the reaction products are obtained in a higher purity than the known ones on fixed, fixed catalysts Ren propose, with the reactants partly gas process.
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