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Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Reaktionen in flüssiger
Phase sowie deren Anwendung für verschiedene chemische Verfahren Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von chemischen Reaktionen in
flüssiger Phase und deren Anwendung für verschiedene chemische Verfahren, bei denen
eine oder mehrere Komponenten zur Reaktion gebracht werden. Wenigstens eine der
Komponenten muß unter den gewählten Reaktionsbedingungen flüssig sein, während die
übrigen Komponenten gasförmig, flüssig und/oder fest in die Vorrichtung eingebracht
werden können. Die Endprodukte sollen flüssig und/oder gasförmig sein. Die Erfindung
betrifft auch Reaktionen, bei denen die Reaktionskomponenten und/oder die Reaktionsprodukte
als gelöste Stoffe in flüssiger Phase vorliegen.
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ES ist bekannt, Reaktionen in flüssiger Phase kontinuierlich durchzuführen.
Häufig angewandte Vorrichtungen zur kontinuierlichen Reaktionsführung sind der einfach
durchströmte Rührkessel, die Ruhrkesselkaskade, das Strömungsrohr sowie der Schlaufenreaktor.
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Jeder dieser Apparate hat trotz vielfältigster Ausführungsformen,
die für bestimmte Anwendungen entwickelt werden, gewisse Nachteile. Der Rührkessel
zeigt bei kontinuierlicher Reaktionsführbung unter einfacher Durch strömung ein
ungünstiges Verweilzeitverhalten und einen unvollständigen Mengenumsatz. Bp setzt
außerordentlich schnellablaufende Reaktionen voraus, wobei sich auch dann der Verbleib
von umgestztem Ausgangsmaterial nicht vermeiden läßt. Ein wesentlicher Nachteil
des Rührkessel ist die relativ kleine Wärmeaustauschfläche, die nur eine einfache
Wärmeabführung oder -zuführung und keine Einhaltung eines bestimmten Temperaturregimes
ermöglicht.
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Der Schlaufenreaktor gestattet zwar eine wesentlich bessere Beherrschung
der Reaktionswärmen, weil Jede praktisch erwünschte Wärmeaustauschfläche einbezogen
werden kann.
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Br ist allerdings auch nur ohne ein Temperaturregime zu fahren und
zeigt ein ähnlich ungünstiges Verweilzeitverhalten wie der einfach durchströmte
Ruhrkessel,
Das Strömungarohr setzt für seinen optimalen Einsatz
voraus, daß das Reaktionsgemisch über die ganze Länge des Rohres eine ideale Pfropfenströmung
ausweist. In der Praxis ist das nie erreichbar, wodurch es stets zu Rückvermischungen
kommt. Speziell in den Fällen, bei denen während der Reaktion unterschiedliche Viskositäten
auftreten, ist das Strömungsverhalten im Rohrreaktor nicht mehr eindeutig. Der Reaktortyp
versagt, wenn während der Reaktion gebildete gasförmige Komponenten aus dem Reaktionsraum
abgeführt werden müssen. Durch die geschilderten Nachteile geht die Universalität
des Strömungsrohres verloren.
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Die größte Anpassungsfähigkeit besitzt die Rührkesselkaskade. Mit
steigender Stufenzahl kann das Verweilzeitverhalten dem des Idealrohres angenähert
werden; das Zeitverhalten darin ist stationär und das Ortsverhalten ist stufenweise
homogen. Vorteilhaft ist die Möglichkeit, daß gegebenenfalls in jeder Stufe gasförmige
Xomponenten abgeführt werden können. Ein offenkundiger Nachteil ist es, daß das
dargelegte Strömungs- und Verweilzeitverhalten erst mit höheren Stufenzahlen (mehr
als 3) eintritt. Aus ökonomischen Gründen werden gewöhnlich nur zwei Stufen realisiert.
Der technische Aufwand von dreistufigen Kaskaden ist selten ökonomisch vertretbar.
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Zweck und Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die kontinuierliche
Durchführung von chemischen Reaktionen bereitzustellen, in der bei den gewählten
Reaktionsbedingungen flüssige oder in Flüssigkeit gelöste und gegebenenfalls gasförmige
Komponenten mit einem günstigen Verweilzeitverhalten und sicherer thermischen Rührung
auch bei starker Wärmetönung kontinuierlich umgesetzt werden. Die Vorrichtung soll
bei kleinen geometrischen Abmessungen und geringer Masse für verschiedene chemische
Verfahren in flüssiger Phase einsetzbar sein und hohe Durchsatzleistungen bei hohen
Ums et zungs gr aden ermöglichen.
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Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung aus einem liegenden, vorzugsweise
waagerecht oder unter kleinem Neigungswinkel angeordneten Behälter, der in seinem
unteren Teil durch quer zur Achse angebrachte Trenn wände in beliebig viele, vorzugsweise
gleichgroße heizbar und kühlbare Reaktionszellenm eine Aufaags-und eine Endzelle
unterteilt ist. Der obere Teil des Behälterraumes ist als ein für alle Zellen gemein
samer Gasraum ausgebildet. Der Behälter hat bevorzugt eine zylindrische Gestalt,
kann aber erfindungsgemäß auch konisch sein oder aus zylindrischen und/oder konischen
Schüssen bestehen. In Achsrichtung ist eine
Welle eingebaut, auf
der pro Zelle wenigstens eine Scheibe als Mischorgan befestigt ist. In den Zellen
sind Stutzen zur Einführung von Reaktionskomponenten und/oder Lösungsmitteln vorhanden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist universell einsetzbar und erlaubt
die kontinuierliche Durchführung von beliebigen Reaktionen in flüssiger Phase, wobei
das Jeweilige effektive Reaktionsvolumen im Verhältnis zum Durchsatz sehr klein
gehalten wird und ein Verweilzeitverhalten erreicht wird, das sich dem des Idealrohres
annähert.
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Die Vorrichtung ist mit besonderem Vorteil für Reaktionen mit mittleren
Resktionsgeschwindigkeiten verwendbar.
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Sie ist speziell für Verfahren zur Sulionierung, Chlorsulfonierung
und Nitrierung, besonders von aromatischen Verbindungen, sowie für die Durchführung
von Neutralisationen und Reduktionen, Desorptionen und Chlorierungen geeignet. Beispielsweise
lassen sich bei der Sulfonierung von aromatischen Nitroverbindungen wegen der kleinen
Reaktionsvolumina und der eindeutigen Temperaturführung die bei den herkömmlichen
Verfahren auftretenden Gefahrenmomente auf ein Minimum reduzieren.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem liegenden, vorzugsweise
waagerecht oder unter kleinem Neigungswinkel angeordneten Behälter 1, der quer zu
seiner Achse durch Trennwände 2 in seiner unteren Hälfte in beliebig viele, vorzugsweise
3 bis 12, vorzugsweise gleichgroße Reaktionszellen 3, sowie eine Aniangsselle 4
und eine Endzelle 5 unterteilt ist. Der Behälter hat zylindrische Gestalt (Fig.
1 und 2), kann aber erfindungsgemäß auch konisch sein (Fig. 3) oder aus zylindrischen
und/oder konischen Schüssen bestehen (Fig. 4 und 5). Die obere Hälfte des Behälterraumes
ist als allen Zellen gemeinsamer Gasraum 6 ausgebildet. Er ist gleichförmig zur
unteren Hälfte ausgebildet, kann aber auch einen größeren Quers¢haitt bei gleicher
oder auch anders gestalteter Form haben, wie das für ein mögliches Ausführungsbeispiel
in Fig. 6 dargestellt ist. In Achsrichtung ist eine in den Stirnseiten der hnfaRgs-
und Endzelle gelagerte Welle 7 ningebaut, auf der pro Zelle mindestens eine Scheibe
8 als Mischorgan befestigt ist, die über Motor 9 und Getriebe 10 stufenlos regelbar
in Drehung versetzt werden kann.
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Die Rührerscheiben 8 laufen gut wandgängig. Sie können Vollscheiben
oder auch durchbrochen sein, wie beispielsweise auf Fig. 7 angedeutet ist. Eine
solche Form ist besonders günstig, wenn das Reaktionsgemisch relativ
hoch
viskos ist oder erhebliche Gasmengen gebildet werden und der Gasraum 6 den gleichen
Querschnitt aufweist wie die untere Behälterhälfte. Vonzugsweise sind die Scheiben
nicht plan ausgeführt, sondern bewirken eine bessere Durchmischung auf Grund einer
speziellen Formgebung, etwa als Wellrad 27, Fig. 8, oder durch aufgesetzte Winkel
28, Fig. 9, oder andere sinngemäße Ausführungsformen.
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Alle Zellen sind mit Möglichkeiten zur Temperatur-Überwachung 11 ausgestattet,
die im einfachsten Falle mit gewöhnlichen Thermometern ausgeführt wird, vorsugsweise
Jedoch mit Kontaktthermometern oder Temperaturfühlern sur Gewinnung von Regelimpulsen.
Weiterhin kann beispielsweise für die Durchführung von Neutralisationprozessen durch
Stutzen 12 die Einführung von pH-Mbßelektroden vorgesehen werden, über die die Zugabe
des Neatralisationemittele geregelt werden kann. Weiterhin sind alle Zellen am Boden
mit Stutzen 13 versehen, die sowohl der Probenahme als auch zur Entleerung und Reinigung
oder ggf. zur Einführung gasförmiger Reaktionskomponenten dienen können. Die Anfangs
zelle 4 ist mit wenigstens einem in Pließrichtung vor dem Mischorgan liegenden Stutzen
14 sur Eingabe der Reaktionspartner ausgestattet, der ii Bedarfsfalle ein unter
die Flüssigkeitsoberfläsche ebgetauchtes Rohr besitzt. Die folgenden
Reaktionszellen
können ebenfalls mit solchen Stutzen 14 versehen sein. Die Endzelle 5 hat einen
Abnahmestutzen 15 für das flüssige Reacrionsproduct und einen oberhalb der Wellenlagerung
16 angebrachten Stutzen 17 zur Abführung gasförmiger Reaktionsprodukte. Durch Drosselung
dieser Öffnung kann ein Uberdruck oder durch Anlegen von Vakuum ein Unterdruck in
der gesamten Vorrichtung erzielt werden.
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Eine spezielle Ausführungsform sieht für die Zuführung von festen
Reaktionspartnern, die Eingabe in die infangszelle 4 und/oder in beliebige Reaktion
sollen 3 über Zuteilvorrichtungen 18 vor, die beispielsweise als Schnecke oder als
Zellradschleuse ausgebildet sein können.
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Die Anfangs- die Reaktion und die Endzellen 4, 3 und 5 sind auf ihrer
zylindrischen Außenfläche mit einer Kühl- bzw. Heizmöglichkeit 19 ausgerüstet, die
vorzugsweise unterteilt ist und für Jede Zelle gesondert beauischlagt werden kann,
wie dies beispielhaft in Figur 1 dargestellt ist. Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform
sieht die Einbeziehung wenigstens einer der beiden kreisabschnittförmigen Begrenzungswände
2 der Zellen vor.
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Die so entstehenden vergrößerten Kühl- bzw. Heizflächen 20 zeigt Fig.
2 in einer möglichen Ausführungsform als Kühl- bzw. Heizmantel für flüssige oder
gasförmige Wärmeträger, wobei ggf. zwischen den einzelnen Keatelräumen noch wärmeisolierende
Schichten 21 vorgesehen werden können. Die zu heizenden Zellen können auch über
elektrische Widerstands- oder Induktionsheizungen auf die gewünschten Temperaturen
gebracht werden.
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Eine möglich Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht
den oberen Halbzylinder 22 als durch Flansche 23 mit dem Unterteil 24 verbundenen
abnehmbaren Deckel vor. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform (Fig. 2) sind
die einzelnen Zellen einschließlich der kühl- bzw. Heizmäntel als Baukastenelemente
25 ausgebildet, die über Flanschverbindungen 26 miteinander verbunden werden.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei im folgenden
beschrieben und durch die Anwendungsbeispiele noch näher erläutert.
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Über Dosiereinrichtungen, werden die Reaktionspartner einschließlich
der Lösungsmittel oder auch der gasförmigen Komponenten Über die Zugabestutzen 14
bzw. 13 in die Anfangszelle 4 bzw. in die Jeweils gewünschte Reaktionszelle 3 eingebracht.
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An der Reaktion beteiligte Feststoffe, die entweder in gelöster oder
geschmolzener Form an der Reaktion teilnehmen, werden über Zuteilvorrichtung 18
in die Vorrichtung eingebracht. Mit der Rührscheibe 8 werden die Komponenten innig
vermischt sowie die Auflösung oder das Aufschmelzen der eingeführten Feststoffen
bewirkt. Das Reaktionsgemisch fließt dann entsprechend den Zugaben, unabhängig von
etwaigen Viskositätsänderungen über die Trennwand 2 in die 1. Reaktionazelle, von
da über die nächste Trennwand 2 in die 2. Reaktionszelle usw. bis zur n-ten Reaktionszelle,
von da über die letzte Trennwand 2 in die Endzelle, aus der das ausreagierte Gemisch
über den Auslaßstutzen 15 als Fertigprodukt oder zwecks weiterer Aufarbeitung entnommen
wird.
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Über die Stutzen 14 können weitere Mengen eines Reaktionspartners
und/oder auch Lösungsmittels und/oder einer weiteren Reaktionskomponente in Jeder
beliebigen Resktionszelle nach der Anfangszelle zuge speist werden.
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Die während der Reaktion entstehenden Gase oder Dämpfe werden über
den allen Zellen gemeinsamen Gasraum 6 aus Stutzen 17 abgeführt.
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Je nach den geforderten Reaktionsbedingungen werden zwecks Wirmoab-
bzw. Wärmezuführung die Kühl- resp.
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Heizmäntel 19 in Fig. 1 oaer 20 in Fig. 2 mit
Kühl-
oder Heizmittel beaufschlagt. Die Einhaltung der optimalen für die Jeweilige Reaktionastufe
festgelegten Temperatur wird über die Regelung des Zulaufes an die Wärmeträger zu
den Hohlräumen 19 oder 20 ueber einen Regelkreis besorgt, der seinen Impuls von
in den Stutzen 11 angeordneten Thermometren erhält.
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Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform mit Reaktion sellen 3 von gleicher
Form und von gleichem Volumen arbeitet, kann es in speziellen Fällen zur Erzielung
gleicher mittlerer Verweilzeiten in allen Zellen zweckmäßig sein, unterschiedliche
Volumina vorzusehen.
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Das ist durch einfache Verlängerung und/oder QuerschrLittsvergrößerung
der in Frage kommenden Zellen speziell in der in Fig. 2 beispielhaft gezeigten Ausführungsform
ohne Schwierigkeiten erreichbar.
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Auf Grund der beschriebenen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und der dargelegten grundsätzlichen Verfahrensweise ist ein breites Einsatsspektrum
unschwer erkenmber.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der sehr kompakten, außerordentlich
materialsparenden Bauart, die es erlaubt, praktisch Jede geforderte Stufenzahl unter
ökonomisch vertretbaren Bedingungen zu realisieren. Dank dem sehr günstigen Verhältnis
von effektivem Reaktionsvolumen
zu Wärmeaustauschfläche lassen
sich auch Reaktionen mit erheblichen Värmetönungen leicht; beherrschen, so daß hohe
Raum/Zeitausbeuten erzielt werden können.
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Die beliebige Stufenzahl läßt ein in weiten Grenzen variierb ares
Strömungs- und Verweilzeitverhalten auch bei während der Reaktion auftretenden Viskositätsänderungen
zu, wodurch weiterhin ein optimaler Mengenumsatz möglich ist.
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Ein besonderer Vorteil liegt in der Möglichkeit, ein exactes Temperaturregime
einzuhalten, wobei durch das enge Verweilzeitspektrum in jeder Zelle unerwünschte
Temperatureinwirkungen über längere Zeit vermieden werden können. Das ist z. B.
in solchen Fällen wichtig, wo unerwünzehte Isomerisierungen, Polymerisationen oderdergleichen
zu erwarten sind. Schließlich kann die Vorrichtung mit besonderem Vorteil in Zwischenprodukten
und Vielstoffbetrieben Einsatz finden, da sie ohne jede Schwierigkeit einer Vielzahl
von Reaktionen in flüssiger Phase optimal angepaßt werden kann.
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Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung noch näher erläutern.
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Beispiel 1 Umsetzung von N-Formylanilin mit Chloorsulfonsäure Es wird
ein Reaktor gemäß Fig. 2 mit 8 Zellen verwendet. Das Arbeitsvolumen der Anfangs
zelle beträgt 360 com, das der 6 Reaktionszellen je 310 ccm und das der Endzelle
450 com. Die Umdrehungszahl der Rührwelle beträgt 40 Upm. In der Mitte jeder der
8 Zellen ist auf der Rührwelle eine Rührscheibe gemäß Fig. 8 angeordnet. Alle 8
Zellen sind mit einer Remperaturüberwachung versehen. Im Reaktor werden 31 Gewichtsteile/Min.
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N-Formylanilin mit 147Gewichtesteilen/Min. Chlorsulfonsäure bei 80
- 90 °C kontinuierlich umgesetzt. Die mittlere Verweilzeit beträgt 20 Minuten.
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Zu Beginn werden in der Anfangszelle 350 Gewichtsteile fertiges Reaktionsgemisch
vorgelegt, Bei laufender Rühr-Vorrichtung werden nun über entsprechende Dosiereinrichtungen
Chlorsulfonsäure von Raumtemperatur und N-Formylanilin von 60 - 80 cc durch die
Eingabestutzen 14 kontinuierlich in die Anfangszelle eingespeist. Die Umsetzung
von N-Formylanilin mit Chlorsulfonsäure ist in ihrer ersten Stufe exotherm (Bildung
der Sulfonsäure) und in ihrer zweiten Stufe endotherm (Bildung des Sulfonsäurechlorides).
Aus diesem Grunde werden die Anfangszelle und die ersten beiden Reaktionszellen
gekühlt,
die restlichen 4 Reaktionszellen und die Endzelle beheizt. Zur Erzielung einer optimalen
Umsetzung wird mit Hilfe der Remperaturüberwachung in der Anfangs zelle und den
ersten beiden Reaktionszellen eine Temperatur von 40 oO und in den übrigen 4 Reaktionszellen
sowie in der Endzelle ein Bereich von 80 - 90°C eingehalten.
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Der bei der Reaktion gebildete Chlorwasersroff wird über den Stutzen
17 abgeführt. Das entstehende Chlorsulfonsergemisch wird über den Auslaßstutzen
13 entnommen.
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Man erhält 169 Gewichtsteile/Min. Reaktionsgemisch mit einem Gehalt
von 44,8 Gewichtsteilen/Min. N-Pormylaminobenzolsulfonsäurechlorid. Das entspricht
einer Ausbeute von 80 % der Theorie, bezogen auf N-Formylanilin.
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Beispiel 2 Umsetzung von N-Acetylanilin mit Chlorosulfonsäure Der
apparative Aufbau und die Versuchsbedingungen entsprechen dem Beispiel 1. N-Acetylanilin
wird in fester Form über eine Zellradschleuse in die Anfangszelle eingetragen Pro
Minute werden 35 Gewichtsteile N-Acetylanilin und 147 Gewichtsteile Ohlorsulfonsäure
in den Reaktor eingespeist. Man erhält 172 Gewichtsteile/Min.
Reaktionsgemisch
mit einem Gehalt von 44,4 Gewichtsteilen/Min. N-Acetylaminobenzolsulfonsäure chlorid.
Das entspricht einer Ausbeute von 78 % der Theorie, bezogen auf N-Acetylanilin.
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Beispiel 3 Umsetzung von 4-Nitritiluol mit 28er Oleum Es wird ein
Reaktor gemäß Fig. 1 mit 6 Zellen verwendet.
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Das Arbeitsvolumen der Anfangszelle, der 4 Reaktionszellen und der
Bndzelle beträgt je 2500 cm3. Die Umdrehungszahl der Rührwelle betragt 25 Upm. In
der Mitte jeder der 6 Zellen ist uf der Rührwelle eine R(ihrscheibe gemäß Fig. 9
angeordnet. Alle 6 Zellen sind mit einer Temperaturüberwachung versehen. Im Reaktor
werden 274 Gewichtsteile/Min. 28er Oleum mit 502 Gewichtsteilen/Min. einer Lösung
von 228 Gewichtsteilen 4-Nitrotoluol in 274 Gewichtsteilen 28-er Oleum bei 90 -
95 °C kontinuierlich umgesetst. Die mittlere Verweilzeit beträgt 30 Minuten. Zu
Beginn werden in der Anfangs zelle 1500 Gewichtsteile fertiges Reaktionsgemisch
vorgelegt. Bei laufender Rührvorrichtung werden Über entsprechende Dosiereinrichtungen
28er Oleum von Raumtemperatur und die Lösung von 4-Nitrotoluol in 28er Oleum von
40 °C durch die Eingabestutzen 14 kontinuierlich in die Anfangszelle eingespeist.
Durch die
Temperaturüberwachung wird die Zufuhr von Heizflüssigkeit
zum Heizmantel 19 so gesteuert, daß die Umsetsungstemperatur in der Anfangs zelle,
den 4 aeaktionszellen und der Endzelle konstant auf 95 On gehalten wird. Man erhält
auf diese Weise 776 Gewichtsteile/Min. Reaktionsgemisch mit einem Anteil von 358
Gewichtsteilen/Min. 4-Nitrotoluol#ulfonsäure. Das entspricht einer Ausbeute
von 96 % der Theorie, bezogen auf 4-Nitrotoluol.
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Beispiel 4 Umsetzung von 4-Nitrotoluol mit 28er Oleum Es wird ein
Reaktor gemäß Fig. 1 mit 7 Zellen verwendet.
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Zellengröße, Rührerform und umdrehungszahl sowie Temperaturüberwachung
entsprechend dem Beispiel 3, Zu Beginn werden in der Anfangszelle 1500 Gewichtsteile
fertiges Reaktionsgemisch vorgelegt. Bei laufender Rührvorrichtung werden mit Hilfe
entsprechender Dosiervorrichtungen durch die Stutzen 14 gleichzeitig 206 Gewichtsteile
28er Oleum von Raumtemperatur pro Min. und 246 Gewichtsteile geschmolzenes 4-Nitrotoluol/Min.
mit einer Temperatur von 60 cc in die Anfangs zelle eingespeist. Die Temperatur
in der Anfangs zelle und der ersten Reaktionszelle wird auf 60 Oa gehalten. Mit
Beginn des Überlaufs über die Trennwand 2 zwischen der zweiten und dritten Reaktionszelle
wird Über Stutzen 14
der dritten Reaktionszelle mit der kontinuierlichen
Zudosierung von 246 Gewichtsteilen/Min. 28er Oleum von Raumtemperatur begonnen.
Die Temperatur in der 3. bis 6. Reaktionszelle sowie in der Endzelle wird auf 95
°C gehalten. Die mittlere Verweilzeit beträgt 40 Minuten.
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Man erhält 698 Gewichtsteile/Minute Reaktionsgemisch mit einem Anteil
von 310 Gewichtsteilen/Minute 4-Nitrotoluol-2-sulfonsäure. Das entspricht einer
Ausbeute von 95 % der Theorie, bezogen auf 4-Nitrotoluol.
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Beispiel 5 Umsetzung von Benzol mit Ohlorsulfonsäure in Gegenwart
von JaCl und Perchloräthylen Es wird ein Reaktor gemäß Fig. 2 mit 10 Zellen verwendet.
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Das Arbeitsvolumen der Anfangszelle beträgt 400 cm3, das der 8 Reaktionszellen
und der Endzelle je 300 cm3. Die Umdrehungszahl der Rührwelle beträgt 60 Upm. In
der Mitte jeder der 10 Zellen ist auf der Rührwelle eine Riihrscheibe gemäß Fig.
7 angeordnet. Alle 10 Zellen sind mit einer Temperaturüberwachung 11 versehen. In
die Anfaangszelle werden kontinuierlich 54,5 Gewichtsteile/Min. Perchloräthylen
und 80 Gewichtsteile Ohlorsulfonsäure/Min. über die Eingebestutzen 14 eingespeist.
Über die Zuteilworrichtung für Feststoff 18 werden gleichzeitig 7 Gewichtsteile/Min.
NaOl in die Anfangs zelle eingeschneckt.
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Mit Hilfe der Temperaturüberwachung 11 wird die Temperatur in der
Anfangs zelle und der ersten Reaktionsselle auf 40 °C gehalten. In die zweite und
vierte Reaktionszelle werden nach beginnendem Uberlauf über die vor den entsprechenden
Zellen befindlichen Trennwände 2 Jeweils 8,75 Gewichtsteile/Min.
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Benzol über die Stutzen 14 eingespeist. Die Temperatur wird von der
zweiten Reaktionszelle bis zur Endzelle mit Hilfe der Temperaturüberwachung 11 auf
80 0 eingestellt. Der bei der Umsetzung gebildete Ohlorwasserstoff wird über den
Stutzen 17 abgeführt. Die mittlere Verweilzeit beträgt 31 Minuten. Man erhält 144
Gesichtsteile/Min. Reaktionsgemisch mit einem Anteil von 35 Ge-Wichtsteilen/Min.
Benzolsulfochlorid. Das entspricht einer Ausbeute von 88,5 % der Theorie, bezogen
auf Benzol.
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Das nach der Aufarbeitung gewonnene Benzolsulfochlorid enthält nur
geringe Mengen (1-2 ») Diphenylsulfon.
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Beispiel 6 Umsetzung einer Lösung von ß-Naphthol in Nitrobenzol mit
Ohlorsulfonsäure Es wird ein Reaktor gemäß Fig. 1 verwendet. Zellenzahl und größe,
Rührerform und -umdrehungszahl sowie Temperaturüberwachungseinrichtungen entsprechen
dem Beispiel 3.
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Zu Beginn werden in der Anfangs zelle durch die Stutzen 14 pro Minute
832 Gewichtsteile einer Lösung von 35 oO aus
100 Gewichtsteilen
ß-Naphthol in 732 Gewichtsteilen Nitrobenzol sowie 100 Gewichtateile Chlorsulfonsäure
eingespeist. Die Temperatur in der Anfangs zelle in den 4 Reaktionszellen und der
Endzelle wird durch Steuerung mit der Temperaturüberwachung 11 auf 5 - 8 °C gehalten.
Der entstehende Chlorwasserstoff wird über den Stutzen 17 abgeführt. Man erhält
pro Minute 904 Gewichtsteile Reaktionsgemisch mit einem Gehalt von 150 g Oxy-Tobiassäure.
Das entspricht einer Ausbeute von 96,5 % der Theorie, bezogen auf B-Naphthol.
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Beispiel 7 Chlorierung von Vinylacetat Es wird ein Reaktor gemäß Fig.
2 mit 12 Zellen verwendet.
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Das Arbeitsvolumen der Anfangszelle der 10 Reaktion zellen und der
Endzelle beträgt jeweils 300 cm3. Die Umdrehungszahl der Rührwelle beträgt 60 Upm.
In der Mitte Jeder Zelle ist auf der Rührwelle eine Rührscheibe gemäß Fig. 8 befestigt.
Alle 12 Zellen sind mit einer Temperaturjiberwachung 11 versehen.
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In der Anfangs Zelle werden 86 Gewichtsteile/Min. Vinylacetat eingespeist.
Durch die Stutzen 13 der zweiten, vierten, sechsten und achten Reaktionszelle werden
jeweils 18 Gewichtsteile Chlor/Min. eingeleitet. Über die Temperaturüberwachung
11 und die Beauschlagung der
Kühlmantel mit Kühlsole wird die Temperatur
in den Zellen auf 0 0C gehalten. Die mittlere Verweilzeit beträgt bei dieser Umsetzung
25 Minuten. Man erhält pro Minute 161 Gewichtsteile Dichloräthylacetat. Das entspricht
einer Ausbeute von 99 % der Theorie.
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Beispiel 8 Umsetzung von Toluol mit Ohlorsulfonsäure Es wird ein Reaktor
gemäß Fig. 2 mit 10 Zellen verwendet. Der apparative Aufbau entspricht dem Beispiel
1.
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Die mittlere Verweilzeit beträgt 40 Minuten. In die Anfangszelle werden
pro Minute 23 Gewichtsteile Toluol und 40 Gewichtsteile Chlorsulfonsäure bei laufendem
Rührer eingespeist. In die 4. Reaktionszelle werden weitere 40 Gewichtsteile Chlorsulfonsäure/Min.
zudosiert.
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Dle Reaktionstemperatur wird in sämtlichen Zellen mit Hilfe der Temperaturüberwachung
11, die entsprechende Mengen Kühlsole in den Martel 19 einspeist, auf 5-10 0C gehalten.
Der gebildete Chlorwasserstoff wird über den Stutzen 17 abgeführt. Am Auslaufstutzen
15 der Endzelle werden pro Minute 95 Gewichtsteile Reaktionsgemisch mit einem Anteil
von 40,5 Gewichtsteilen eines Gemisches von o- und p-Toluolsulfochlorid entnommen.
Das entspricht einer Ausbeute von 85 ffi der Theorie,
Beispiel
9 Nitrierung von Benzol Es wird ein Reaktor gemäß Fig. 1 mit 4 Zellen verwendet.
Der apparative Aufbau entspricht dem Beispiel 3.
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In der Anfangszelle 4 werden pro Minute gleichzeitig 156 Gewichtsteile
Benzol und 204 Gewichtsteile Nitriersäure (bestehend aus 63 % HNO3 19 % H2S04 und
18 % H2°) über den Stutzen 14 eingespeist. Mit Hilfe der Temperaturüberwachung 11
werden in den einzelnen Zellen folgende Temperaturen eingestellt: Anfangszelle t
40 °C erste Reaktionszelle : 50 CC zweite Re aktions zelle : 55 °C Endzelle : 60
°C Bei einer mittleren Verweilzeit von 40 Minuten erhält man 360 Gewichtsteile Nitriergemisch
mit einem Anteil von 242 Gewichtsteilen Nitrobenzol/Min. Das entspricht einer Ausbeute
von 98,5 % der Theorie, bezogen auf das eingesetzte Benzol.
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Beispiel 10 Freisetzen von SO2 aus Abfall-Na2SO3 Es wird ein Reaktor
gemäß Fig. 6 mit erweitertem Gasraum und 10 Zellen verwendet. Das Arbeitsvolumen
der Anfangszelle,
der 8 Reaktionszellen und der Endzelle beträgt
jeweils 2500 cm3. In der Mitte jeder Zelle ist auf der Ruhrwelle eine Rührscheibe
gemäß Fig.9 befestigt. Die Umdrehungszahl der Rührwelle beträgt 100 Upm. Alle Zellen
sind mit einer Temperaturüberwachung 11 versehen.
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In die Anfangs zelle werden pro Minute 700 Gewichtsteile Wasser und
100 Gewichtsteile H2S04 (40 ig) über den Stutzen 14 eingespeist. ueber eine Schnecke
18 werden gleichzeitig 200 Gewichtsteile Afball-Na2So3 (80 sig) pro Minute zugeteilt.
Eine weitere Zudosierung erfolgt in der 1. Reaktionszelle mit 100 Gewichtsteilen
40 %iger H2SO4/Min. sowie in der zweiten bis siebenten Reaktionszelle mit jeweils
50 Gewichtsteilen H2SO4/Min.
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über die entsprechenden Stutzen 14.
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Zur optimalen Fahrweise des Reaktors wird über die einzelnen Zellen
mit Hilfe der Temperaturüberwachung 11 folgendes Temperaturregime eingehalten: Anfangs
zelle t 40 °C erste Reacrionszelle : 40°C zweite Reaktionszelle : 45 °C dritte Reaktionszelle
: 50 °C vierte Reactionszelle : 55°C fünfte Reaktionszelle t 60 0C sechste Reaktionsselle
t 65 °C siebente Reaktionszelle : 70 °C achte Reaktionszelle t 80 0C Endzelle :
80 cc
Das gebildete 502 wird Über den Stutzen 17 der Weiterverarbeitung
zugeführt. Man erhält bei einer mittleren Verweilzeit von 25 Minuten 81 Gewichtsteile
802/Minute.
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Das entspricht einer 100 %igen Rückgewinnung des SO2 aus dem Abfallsulfit.
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Beispiel 11 Neutralisation von Abwasser Es wird ein Reaktor gemäß
Fig. 1 mit 9 Zellen verwendet.
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Das Arbeitsvolumen der Anfangszelle beträgt 3000 cm³, das der 6 Reaktionszellen
und der Endselle je 1500 cm3. Die Umdrehungszahl der Rührwelle beträgt 50 Upm. In
der Anfangszelle sind auf der Rührwelle 2 Rührscheiben gemäß Fig. 9 im ersten und
letzten Drittel der Zelle befestigt. Jeweils 1 Bührscheibe gleicher Bauart ist in
der Mitte der 6 Reaktionszellen und der Endzelle auf der Rührwelle befestigt. In
den Stutzen 12 der ersten, dritten und sechsten Reaktionsselle 3 sind pH-Meßelektroden
untergebracht, mit deren Hilie die Zudosierung von Alkali bzw. Säure über die Stutzen
14 in die Anfangszelle und die zweite, vierte und siebente Reaktionszelle gesteuert
wird.
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Durch den Stutzen 14 der Antangsselle werden pro Minute 1500 Gewichtsteile
saures Abwasser (Gehalt an HCl: 6 %) zugeführt. Uber die Zuteilvorrichtung 18 werden
gleichzeitig 120 Gewichtsteile/Min. CaCO3 mittels Zellradschleuse
eindosiert.
Die nach dem Kalkzusatz verbleibende Restsäure wird mit Hilfe von NaOH (33 %ig durch
Zugabe über die Stutzen 14 der zweiten und vierten Reaktionszelle neutralisiert.
Eine evtl. aufgetretene Überdosierung von Alkali wird mit der pH-Meßelektrode in
der sechsten Reaktionszelle erfaßt und durch gesteuerte Zugabe von Säure in die
siebente Reaktionszelle über den entsprechenden Stutzen 14 ausgeglichen. Die durchschnittliche
Verweilzeit beträgt 10 Minuten. Das neutrale Abwasser tritt durch den Stutzen 15
aus dem Reaktor aus.
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Beispiel 12 Reduktion von p-Nitroanisol mit Na2S-Lösung Es wird ein
Reaktor gemaß Fig. 2 mit 12 Zellen verwendet.
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Das Arbeitsvolumen der Anfangszelle, der 10 Reaktionszellen und der
Endzelle beträgt jeweils 2500 cm3. In der Mitte jeder Zelle ist auf der Rührwelle
eine Rükrscheibe gemäß Fig. 8 befestigt. Die Umdrehungszahl der Rührwelle beträgt
150 Upm. Alle Zellen sind mit einer Temperaturüberwachtung 11 versehen, die den
Heizmantel 19 mit der notwendigen Menge Heizflüssigkeit beaufschlagt.
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In die Anfangszelle werden gleichzeiting 15 Gewichtsteile geschmolzenes
p-Nitroanisol mit einer Temperatur von 80 °C und 305 Gewichtsteile einer 20 %igen
wäßrigen Lösung von Na2S/Min. eingespeist. In der zweiten,
vierten
und sechsten Reaktionszelle werden jeweils weitere 15 Gewichtsteile/Min. p-Nitroanisol
eingespeist. Die Temperatur in den einzelnen Zellen wird auf die übliche Weise auf
95 0C eingestellt.
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Man erhält bei einer mittleren Verweilzeit von 70 Minuten nach der
üblichen Aufarbeitung pro Minute 365 Gewichtsteile Reaktionsgemisch mit einem Gehalt
von 63,5 Gewichtsteilen p-Anisidin/Min.
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Das entspricht einer Ausbeute von 93 ß der Theorie, bezogen auf p-Nitroanisol.