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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Diphenyl Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Apparatur zur Herstellung von Diphen`1 durch Erhitzung
von Benzol auf Temperaturen, bei denen sich Diphenyl bildet.
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Das neue Verfahren bietet die technischen Vorteile einer bequemeren
Regelung der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Gases, schnelleren
Kühlung des Dampfts und einer wirtschaftlicheren Arbeitsweise mit höherer Ausbeute
als nach den bisherigen Methoden der Diphenylerzeugung. Dabei werden folgende Gesichtspunkte
besonders beachtet: r. Die Regelung der Temperatur in der Reaktionszone in der Weise,
daß die Reaktionstemperatur eingehalten, Überschreitung aber vermieden wird.
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2. Vorwärmung des Gases mit aller verfiigbaren Wärme bei einer Temperatur,
die Diphenyl kaum oder gar nicht entstehen läßt.
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3. Nach der Vorwärmung Erhitzung des henzoldampfes für kurze Zeit
auf eine für die Bildung von Diphenyl günstigste Temperaturhöhe bei geringster Nebenreaktion.
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4. Verwendung einer Vorrichtung zur Regelung der Reaktionstemperatur,
so daß eine ausreichende Erwärmung, d. h. Temperaturanstieg, erhalten, aber überhitzung
vermieden wird. 5. Schnelle Abkühlung des Dampfes nach der Einwirkung der Reaktionstemperatur,
um die Umkehr des D.iphenylgleichgewichts und die Rückbildung von Benzin zu verhüten.
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Dementsprechend wird beim neuen Verfahren so gearbeitet, daß das flüssige
oder dampfförmige Benzol durch eine Rohrschlange gepumpt wird, die in einem Bleibad
von höchster Temperatur, bei der sich aber noch kein Diphenyl in beachtlichem Maße
bilden kann, liegt. Diese Schlange wirkt als Vorwärmer und dient dazu, die Zeit
der folgenden höheren Erwärmung des Benzols in der Reaktionszone zu kürzen und damit
unerwünschte Nebenreaktionen zu verhüten. Die unten am Boden des Bades gelochte
Schlange läßt den Dampf ausströmen, so daß er beim Aufsteigen im Bade das flüssige
Blei durchrührt und eine gleichmäßige Temperatur darin erzeugt. Es hat sich gezeigt,
daß die günstigste Temperatur des Bleibades bei 6oo bis 65o° C liegt, namentlich.
bei ununterbrochenem Betriebe. Bei höheren Temperaturen bilden sich Teere und andere
Flüssigkeiten von höherem Siedepunkt als Diphenyl im Vorwärmer.
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Der durch das Bleibad vorgewärmte Benzoldampf wird in ein Konverterbad
geleitet,
das die gleiche Anordnung wie das Bleibad zeigt. Der Dampf--geht
bis zum Boden des Bades und strömt durch Löcher in einen Verteiler, -wo er
wie beim Vorwärmer in Blasenform im flüssigen Blei aufsteigt. Das Konverterbad erhält
eine Temperatur von 75o bis 8oo° C, bei der sich Diphenyl am vorteilhaftesten bildet.
Beim Verlassen dieses Bades hat der Benzoldampf ungefähr die gleiche Temperatur
wie das Bad und wird ohne Verzug in einen wassergekühlten Kondensator geleitet,
der so angeordnet ist, daß eine schnelle Abkühlung des Dampfes erfolgt und das unverändert
gebliebene Benzol mit dem Diphenyl verdichtet und gesammelt wird, während das bei
der Diphenylbildung frei gewordene Wasserstoffgas in einen Gasometer geführt wird.
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Das verdampfte Benzol hat ungefähr ein 8oomal so großes Volumen als
das flüssige. Die erwärmten Benzoldämpfe werden durch Leitungen von solchem Querschnift
geführt, daß die Schnelligkeit der Dampfbewegung weitaus größer ausfällt als die
der Speisung der Beheizungsapparate mit flüssigem Benzol.
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Bei dieser Arbeitsweise erhält man io bis i2% Diphenyl bei jedem Durchgange
durch (las Konverterbad. Werden höhere Temperaturen angewendet, so erhält man zwar
auch eine höhere Ausbeute, allein in Nebenreaktionen bilden sich dann Teerkörper
und freier Kohlenstoff, wodurch Benzol ungenutzt verlorengeht.
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In der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der. Apparatur zur Durchführung
des Verfahrens darstellt, sind Abb. i ein Grundriß, Abb. 2 ein Schnitt nach Linie
II-II der Abb. i und Abb. 3 ein vergrößertes Bild der Rohrschlange im Bleibade.
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Der Ofen io besitzt zwei Heizkammern i i und 12 mit Zwischenwand 14,
die j e durch einen Ölbrenner 13 beheizt werden und in die je ein das geschmolzene
Blei 18 enthaltendes Gefäß 16 bzw. 17 eingehängt ist. In der Kammer i i steht
eine Schrägwand 19 und in der Kammer 12 eine Wand 21, die die heißen Verbrennungsgase
um die Gefäße 16 und 17 leiten, so@.daß die Wärme gleichmäßig verteilt wird. Die
um die Gefäße streichenden Brandgase vereinigen sich vor der Ausströmung durch ,den
gemeinsamen Abzug 22. Die Gefäße sind durch gasdichte Deckel 23
abgedeckt,
durch die je ein Rohr 26 und 27, das in eine Schlange 28 ausläuft, geht. Durch die
Rohre und Schlangen strömt der ßenzoldampf, um durch die Öffnungen 29 der Schlangen
und das flüssige Blei getrieben zu werden.
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Oben in den Gefäßen ist eine Querwand 31 eingeordnet, die das Mitführen
von flüssigem Metall durch die Gase verhütet. Durch ein Rohr 32 im Deckel 23 ,des
Gefäßes 16 werden die Gase in ein Verbindungsrohr 33 und weiter in das Rohr 27 des
zweiten Gefäßes 17 geleitet. Aus diesem Gefäß gehen die Gase in ein Verbindungsrohr
über und werden in ein Querrohr 35 geleitet, um in Zweigrohren 37 verteilt zu werden,
deren jedes mit einem Wassermantel 38 bekleidet ist. Die Ein- und Auslässe
39 und 41 der Mäntel ermöglichen eine schnelle Kühlung des aus dem Gefäß 17 abgeführten
heißen Dampfes. Das Querrohr 4o am anderen Ende der Kühlmäntel führt das Kondensat
durch. ein [)-Rohr 46, aus dem es durch die Leitung 47 in den Aufnahmebehälter 48
gelangt. Das Nebenrohr 45 dient zum Abführen von Wasserstoff und anderer nicht kondensierter
Gase, und ein Schauglas 49 im Rohr 46 dient zur Besichtigung des Kondensats. Ein
Lüftventil 51 im Behälter 48 ermöglicht schnelles Füllen und Leeren.
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Um die Temperaturen in den Gefäßen 16 und 17 beobachten und die Brennstoffzufuhr
zur Erzielung des erwünschten Wärmegrades regeln zu können, sind Thermoelemente
53 und 54 am Gefäß 16 mit dem Dampfeinlaß und dem flüssigen Metall verbunden vorgesehen,
und Manometer 58 zeigen den Druck des in die Gefäße eingepumpten Benzols sowie den
Druck des aus dem Gefäß abziehenden Benzoldampfes an.
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Das Benzol wird dem Apparat von einer Vorratsstelle mittels Rohrleitung
61 durch eine Pumpe 62 zugedrückt, und zwar mit Hilfe einer Leitung 63 unmittelbar
in die Schlange 26 hinein, während das fertige Kondensat aus dem Behälter 48 durch
eine Rohrleitung 64 abgezogen wird, um in bekannter Weise der fraktionierten -Destillation
unterworfen zu werden.
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Um Explosionen beim Anlassen des Apparates zu verhüten, kann man durch
ein mit der Rohrleitung 63 verbundenes Rohr 66 Kohlensäure oder andere indifferente
Gase durch den Apparat leiten, bevor die-Benzolpumpe 62 in Gang gesetzt wird. Das
Rohr 66 besitzt Ventile 67 und 68 für die Regelung der Kohlensäurezufuhr, und die
Leitung 63 wird während-,dieser Vorarbeit durch ein Ventil 69 gegen die Pumpe
geschlossen gehalten.
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Im Betriebe wird dann das Benzol durch die Pumpe 6z in die Leitung
63 und die Schlange 26 gedrückt, aus der es in Blasenform durch das geschmolzene
Blei aufsteigt, das eine Temperatur von 6oo bis 65o° C als Höchstgrenze, bei der
noch kein Diphenyl gebildet wird, erhält, um das Benzol vorzuwärmen. Der so vorgewärmte
Benzoldampf zieht durch die Leitung 32, 33, 27 zur Schlange 28, wo eine Temperatur
von 750
bis 8oo' C herrscht, bei der sich Diphenyl bildet. Das Rohr
a7 verläuft gerade und bildet nur am Boden eine Windung, damit der Benzoldampf nur
gerade lange genug der höheren Temperatur ausgesetzt bleibt, um selbst auf die erforderliche
Temperaturhöhe zu kommen. Aus dem Gefäß 17 zieht der Dampf dann zu den, durch
Wasser gekühlten Zweigrohren 37 und fließt von hier nach erfolgter Verdichtung in
den Behälter 48 ab.
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Während das Benzol mit steigender Temperatur eine enorme Volumenvergrößerung
erfährt, erweitert sich der Ouerschnitt der Leitungen, durch die die Benzoldämpfe
ziehen müssen, nicht in entsprechendem Maße, so daß die Strömungsgeschwindigkeit
der Dämpfe im Apparate fortschreitend zunimmt. Dies ist von Bedeutung insofern,
als dadurch eine Umkehrung des Prozesses verhütet wird und auch Nebenreaktionen
in der Heißzone verhindert werden. Ausführungsbeispiel Wie schon angegeben, wird
ein Benzolstrom ununterbrochen durch den Apparat geleitet. Die Dämpfe aus dem Diphenylkonverter
werden vollständig kondensiert. Das so erhaltene flüssige Kondensat wird danach
in die folgenden Fraktionen durch Destillation zerlegt:
| Fraktion Siedepunkt Art der Fraktion |
| a bis zu Zoo' C größtenteils unverän- |
| dertes Benzol, |
| b 200' bis 27o' C größtenteilsDiphenyl, |
| c über 27o' C verschiedene hoch- |
| siedende Verbindun- |
| gen. |
Die Fraktion c kann alsdann nach Belieben weiterer Destillation unterzogen werden.
In der folgenden Aufstellung der Ausbeuten ist die Fraktion c nicht weiter destilliert
worden, sondern stellt den Gesamtrückstand, der nach dem Ab-destillieren der Fraktion
b im Gefäße verblieb, dar.
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Das Mengenverhältnis der Fraktionen in Prozenten des bei drei verschiedenen
Konvertertemperaturen erhaltenen Gesamtkondensats ist folgendes:
| Kon vertertemperatur Fraktion |
| a b c |
| 750° C 95,1 4,5 0,4 |
| 800° C gi,o 8,o 1,0 |
| 85011 C 7915 1515 5,0 |