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HINTERGRUND
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Diese
Offenbarung betrifft allgemein ein chemisches Reaktorsystem, welches
ein starres Packungsmaterial verwendet, das einem gepackten Katalysatorbett
ausgewählte
Unterstützung
zur Verfügung
stellt. Insbesondere betrifft die Offenbarung die Herstellung von
Bisphenolen in einem Abstromverfahren durch ein Bett von vernetztem
Ionenaustauscherharz-Katalysator, der von einem zufällig verteilten,
im Wesentlichen inerten Packungsmaterial durchsetzt und getragen
ist.
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Sicher
zu stellen, dass reagierende Spezies optimalen physikalischen Kontakt
erreichen, ist eine schwierige Herausforderung in Chemiereaktor-Design.
Falls dies ungenau getan wird, können
eine Vielzahl von unerwünschten
Nebenprodukten und eine Fülle
von unreagierten Reaktanten die Ökonomie
des Systems ernsthaft beeinträchtigen.
Der Reaktortyp, Reaktant- und Produktdiffusion, Druckeffekte und
andere Faktoren müssen
alle bei der Auswahl oder Herstellung eines Reaktorsystems berücksichtigt
werden, welches für
die Verwendung in einer gegebenen Reaktion am besten geeignet ist.
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Reaktorverweilzeit
und Reaktionsbedingungen, wie z.B. Temperatur, beeinflussen den
Prozentanteil der atomaren oder molekularen Kollisionen und beeinträchtigt somit
Ausbeute, Durchsatz und Selektivität. Druck wird wichtig, wenn
der Differenzdruck die sphärischen
Katalysatorkügelchen
komprimiert und deformiert, was eine Reduktion im Flüssigkeitsdurchsatz
als ein Ergebnis von Druckverlusteinschränkungen verursacht.
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In
Reaktoren mit gepackten Betten leiden Fluid-Flusseigenschaften oftmals
signifikant an Unterbrechung des Flusses oder „Kanalisieren". Dies ist insbesondere
offenkundig im Aufstromverfahren. Kanalisieren ist eine Bedingung,
die durch eine nicht angepasste Druckdifferenz über die Höhe des Bettes, durch welches das
Fluid fließt,
verursacht wird und resultiert typischerweise aus Absetzen der Bettbestandteile,
gekoppelt mit zu geringer Druckdifferenz, die über die Höhe des Bettes aufgebracht wird.
Wenn die Bettbestandteile einen Katalysator oder ein ähnliches
feinteiliges Behandlungsmittel enthalten, welches zufälligen Fluss
von Flüssigkeit
durch das Bett zulässt,
können
Teile des Betts kurzgeschlossen und nicht in einer gleichförmigen und
konsistenten Art und Weise durch die Flüssigkeit kontaktiert werden.
Eine solche Bedingung kann zu der unvollständigen Behandlung oder unvollständigen chemischen
Reaktion der eingebrachten Recktanten führen. Dies kann wiederum in
vorzeitiger Ablagerung des Katalysators oder der Behandlungsteilchen
führen,
was sich in einen Verlust eines Teils des Wertes des Katalysators
wandelt.
US 6 013 845 offenbart
ein Reaktorsystem, das in einem stromaufwärts fließenden Modus mit einem Fixed-Bed-Katalystor
und zufällig
verteilter Reaktorpackung betrieben wird, das Pfropfenströmungsverhalten
(plug flow behaviour) zeigt.
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Die
Menge an Kanalisieren, die auftritt, kann mit der Reaktorgeometrie
und -art verknüpft
werden, der Fluiddynamik der Recktanten, Intermediate und Produkte,
die in dem Reaktor hergestellt werden, sowie anderen Faktoren. In
manchen Prozessen ist die Optimierung der Produktion von Produkten
durch Einstellen dieser Parameter leicht verstanden und geradewegs.
In anderen sind die Zusammenhänge
nicht ganz so klar. Die Verwendung von sorgfältig ausgewählten Katalysatoren verkompliziert
das Reaktordesign und die Reaktionskontrolle. Zum Beispiel schlägt
US-Patent Nr. 5 395 857 vor,
dass bei der Herstellung von Bisphenol A (BPA) in einem stromabwärts fließenden Reaktor
der Grad an Vernetzung von gewissen Ionenaustauscherharz-Katalysatoren
direkt die physikalische Leistung des Prozesses beeinträchtigt,
sowie die Reaktivität
und Selektivität
der Reaktion. In diesem Patent wird gefunden, dass der hydraulische
Einfluss, der der Form der Katalysatorteilchen und der Kompression
eines Katalysatorbetts aufgrund von Druck zugeordnet werden kann,
verringert werden kann, indem ein zweischichtiger Katalysator verwendet
wird, bei welchem eine der Schichten einen 2%igen oder geringeren
Grad an Vernetzung aufweist. Der Prozess ist auf die Erhöhung der
Volumens- und Zeitausbeute von Fixed-Bed-Reaktoren gerichtet. Dieses
Design erlaubt einen höheren
Durchsatz und Produktion aufgrund einer insgesamt größeren Bettsteifheit,
während
die wichtigen Gesichtspunkte des 2% niedriger vernetzten Katalysators
im oberen Teil erhalten werden, wo die Hauptmenge der Umsetzung
der Recktanten auftritt. Der in
US-Patent
Nr. 5 395 857 vorgeschlagene kombinierte Katalysator hat
größere Selektivität und Aktivität als andere
und wäre
wünschenswert,
da Katalysatoren auf Harzbasis mit größeren Graden an Vernetzung
stärker
Deaktivierung unterliegen und somit leichter inaktiv werden. Z.B. muss
in stromabwärts
fließenden
Prozessen das Potential für
Katalysatorbettkollaps bei hohen Fließraten aufgrund des niedrigen
Grads der Vernetzung und die Effekte, die dies auf die physikalischen
Eigenschaften des Katalysators hat, in Betracht gezogen werden und
Wege zur Reduktion oder Eliminierung dieses Problems wären vorteilhaft.
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Zusätzlich ist
aufgrund des Kanalisierens und des resultierenden ineffektiven Kontakts
der Recktanten mit dem Katalysator der Betrieb von Festbettreaktoren
oftmals signifikant behindert. Insbesondere Operationen, bei denen
signifikante Mengen von Kanalisieren auftreten, resultieren allgemein
in geringer Produktausbeute, vorzeitigem Ersetzen von Katalysatorbetten
und ineffizienter Verwendung der Recktanten. Dies resultiert nicht
nur in den Kosten von neuem Katalysator, sondern auch in Verlust
von Produktion während
Ausfüllen,
den logistischen Kosten von Ersatz, Kosten von Wegwerfen von verwendetem
Katalysator und Wiedergewinnen und Recyclieren der Recktanten. Weiterhin
kann eine signifikante finanzielle Last als ein Ergebnis von Kosten
realisiert werden, die mit Anstrengungen zur Verbesserung der Katalysatortechnologie
verknüpft
sind. Solche Kosten beinhalten die Entwicklung von alternativen
Reaktorgeometrien, betreffen jedoch nicht das Problem von bestehenden
Reaktoren, die weniger vorteilhafte geometrische Merkmale haben.
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Bezüglich der
abwärtsfließenden Konfiguration
von Recktanten in einen Reaktor mit einem fixierten Katalysatorbett
kann abhängig
von der Auswahl des Katalysators die Kompression aufgrund des Druckes
innerhalb des Katalysatorbettes in einer signifikanten Behinderung
der physikalischen Leistung des Prozesses resultieren, sowie der
Reaktivität
und Selektivität
der Reaktion. Versuche wurden unternommen, um einen Katalysator
zu verwenden, der eine robustere Architektur hat, um die Kompression
der Katalysatorteilchen zu minimieren. Dies resultiert jedoch oftmals
in Katalysatoren, die weniger aktiv sind, weniger selektiv sind,
oder kürzere
Lebensdauer haben.
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Weiterhin
besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Steifheit von Katalysatorteilchen
und der erwarteten aktiven Lebensdauer dieser Teilchen. Es kann
erwartet werden, dass Teilchen mit einer offenen effektiven Porenstruktur,
die charakteristisch für
Katalysatoren mit einem kleinen Grad an Vernetzung ist, und Katalysatoren
mit einer weniger steifen Struktur in der Reduktion oder Eliminierung
von Ablagerungen des Harzkatalysators mit teer-ähnlichen Molekülen resultieren,
die den Zugang zu den aktiven Säurestellen
blockieren. Auf der anderen Seite widerstehen Teilchen mit einer
weniger offenen effektiven Porenstruktur und größerer Steifheit der Kompression
besser, sie können
jedoch zu der vorzeitigen Deaktivierung des Katalysatorharzes durch
Ablagerung führen,
was zu erhöhten
Kosten führt.
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Während bestehende
Reaktorgeometrien und Katalysatoren für ihre beabsichtigten Zwecke
geeignet sind, verbleibt nach wie vor eine Notwendigkeit für Verbesserungen,
insbesondere bezüglich
der Wirksamkeit der Reaktion und des Katalysators selbst in einem
abwärtsfließenden Reaktor.
Daher besteht eine Notwendigkeit für ein Reaktorsystem, das zulässt, das
volle Potential des ausgewählten
Harzkatalysators, z.B. durch Milderung von damit verbundenen hydraulischen
Beschränkungen,
auszunutzen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Verfahren, ein Reaktor und ein System, welches ein gepacktes Ionenaustauscherharz-Katalysatorbett verwendet,
getragen von diskontinuierlich durchsetzten inerten Elementen, werden
hier offenbart.
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In
einer ersten Ausführungsform
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bisphenols offenbart, aufweisend
das Einbringen eines Phenols und eines Ketons in einen Reaktor in
einem Abstromverfahren. Der Reaktor weist ein Ionenaustauscherharz-Katalysatorbett
auf und Packung, die zufällig
in dem Bett verteilt ist, bringt das Phenol und das Keton zur Reaktion,
um eine Reaktionsmischung zu bilden und gewinnt das Bisphenol aus
der Mischung.
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In
einer zweiten Ausführungsform
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bisphenols offenbart, aufweisend
Einbringen eines Phenols und eines Ketons in ein Reaktorsystem in
einem abwärtsfließenden Modus, wobei
das Reaktorsystem einen abwärtsfließenden chemischen
Reaktor aufweist und einen Festbett-Ionenaustauscherharz-Katalysator,
der in den Reaktor hinein geladen ist, wobei der Harzkatalysator
ein sulfoniertes aromatisches Harz mit einem Vernetzungsgrad von
nicht mehr als 2 Gew.-% ist, basierend auf dem Harzkatalysator,
reagieren lassen des Ketons und des Phenols in dem Reaktor, um eine Reaktionsmischung
zu bilden, die Bisphenol enthält,
sowie Wiedergewinnen des Bisphenols aus der Mischung.
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In
einer dritten Ausführungsform
wird ein Reaktor zur Herstellung von Bisphenol A aus der Reaktion von
Phenol und Aceton, welches in einem abwärtsfließenden Modus dort hinein gebracht
wird offenbart, wobei der Reaktor ein Reaktionsgefäß, ein Ionenaustauscherharz-Katalysatorbett
in dem Gefäß und eine
Packung aufweist, die zufällig überall in
dem Ionenaustauscherharz-Katalysatorbett verteilt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird ein Trägerbettreaktor
offenbart, aufweisend ein Reaktorgefäß, einen Ionenaustauscherharz-Katalysator
in dem Gefäß, um Recktanten
in einem abwärtsfließenden Modus aufzunehmen,
und eine Packung, die zufällig überall in
dem Ionenaustauscherharz-Katalysator verteilt ist, wobei das Ionenaustauscherharz-Katalysatorbett eine
erste obere Schicht aufweist mit einer Vernetzungsdichte von <2% und eine zweite
untere Schicht mit einer Vernetzungsdichte von >2%.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
ist ein System für
die Herstellung von Bisphenol A aus Phenol und Aceton offenbart,
wobei das System einen Acetonzufuhrstrom, einen wahlweise ummantelten
Phenolzufuhrstrom, der mit dem Acetonstrom vermischt wird, um eine
Zufuhrstrommischung zu bilden, eine Kühlapparatur, um die Zufuhrstrommischung
aufzunehmen, und einen Reaktor, der in flüssiger Verbindung an die Kühlapparatur
angeschlossen ist, aufweist. Der Reaktor weist ein Reaktorgefäß auf mit
einem Einlass an einem oberen Ende, um die Zufuhrstrommischung aus
der Kühlapparatur
aufzunehmen, und einem Auslass an einem unteren Ende des Gefäßes, ein
getragenes Katalysatorharzbett, welches sich zwischen dem Einlass
und dem Auslass befindet. Das Bett weist ein Ionenaustausch-Katalysatorharz
und ein inertes Packungsmaterial auf, welches zufällig überall in
dem Harz verteilt ist, eine Temperaturfühlvorrichtung, die mit dem
Gefäß in Verbindung
ist, und eine Druckfühlvorrichtung,
die mit dem Gefäß in Verbindung
ist, einen Umgehungsstrom zwischen dem Einlass und dem Auslass,
einen zweiten Phenolzufuhrstrom, der dazu fähig ist, am Auslass empfangen
zu werden, und eine Produktentnahmeleitung, die in flüssiger Verbindung
mit dem unteren Ende des Reaktors angebracht ist. Die Produktentnahmeleitung
befindet sich in der gleichen Höhe
wie der Einlass und eine Siphonunterbrechung befindet sich stromabwärts des
Produktentnahmeventils.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines abwärtsfließenden chemischen Reaktors
mit einem getragenen Ionenaustauscherharz-Katalysator, der sich
darin befindet.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Systems zur Herstellung von
Bisphenol A aus der Reaktion von Phenol und Aceton mit einem Ionenaustauscherharz-Katalysator
in einem getragenen, abwärtsfließenden Katalysatorbett.
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3 ist
ein Diagramm, das einen Vergleich des Anstiegs in der Druckdifferenz über ein
Bett von komprimierbarem Harz mit und ohne Packung zeigt.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Eine
Apparatur und System zur Herstellung eines Bisphenols und ein Verfahren
zur Verwendung, gerichtet auf die Herstellung des Bisphenols, sind
hier mit Bezugnahme auf 1 und 2 offenbart.
Nun bezugnehmend auf die Figuren, die beispielhafte Ausführungsformen
sind und wobei die gleichen Elemente gleich nummeriert sind, veranschaulicht:
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1 den
Typ, Modus und Konstruktion des Reaktors,
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2 ein
System zur Verwendung mit dem Reaktor, um Bisphenol A oder ein anderes
Phenolisomer wie gewünscht
herzustellen.
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Der
Reaktor beinhaltet ein getragenes Katalysatorbett, durch welches
die Recktanten fließen,
um katalytisch das fertige Bisphenol herzustellen. Der vorzugsweise
verwendete Fluss ist ein getragener, abwärtsfließender Modus, bei dem Reaktantenmaterial
gleichzeitig von einer größeren Höhe zu einer
tieferen Höhe durch
das Bett fließt,
um die chemische Reaktion zur Herstellung des Bisphenolprodukts
zu vereinfachen. Obwohl das Verfahren auf die Produktion von jedem
Isomer von Bisphenol anwendbar ist, ist das bevorzugte Isomer p,p'-Bisphenol A, hergestellt
durch die Reaktion von Phenol mit Aceton (Dimethylketon) in der
Gegenwart eines Ionenaustauscherharz-Katalysators, der wahlweise
mit ausgewählten
Beschleunigern modifiziert werden kann, so wie z.B. Mercaptanverbindungen,
wenn gewünscht.
Der Reaktor ist in 1 bei 10 gezeigt und schließt ein Bett 14 ein,
enthaltend einen Ionenaustauscherharz-Katalysator und zufällig verteilte
Packung. Das Bett nimmt gleichzeitig abwärtsfließende Ströme der Recktanten auf. Der
Ionenaustauscherharz-Katalysator ist um die Packung herum verteilt,
so dass der Katalysator innerhalb des Bettes getragen wird, um Kanalisieren
und Druckkräfte
zu minimieren, sowie die hydraulische Leistung des Reaktors zu optimieren.
Jede Art von Reaktorgefäß, das verwendet
wird, um Recktanten in der Gegenwart eines fixierten Katalysators
zur Reaktion zu bringen, ist allgemein für die Durchführung dieser
Erfindung zugänglich.
Zylindrische Reaktoren sind aufgrund ihrer Einfachheit jedoch bevorzugt.
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Der
Einlass 20 kann Leitungen, Rohre, Düsen oder andere allgemeine
Vorrichtungen zum Einbringen von Recktanten in die Reaktionszone
eines Reaktors aufweisen. Recktanten werden in die Reaktionszone
typischerweise durch ein perforiertes Rohr, Hindurchperlausleger
(sparging arm) oder andere ähnliche
oder herkömmliche
Vorrichtungen zur Verteilung von Flüssigkeiten verteilt. Vorzugsweise
ist der Bodenteil des Reaktors 42 mit Aggregat gefüllt. Die
Menge eines solchen Aggregats ist nicht kritisch für diese
Erfindung. Es sollte jedoch ausreichend Aggregat vorhanden sein,
um das Reaktorinnere zu tragen. Dieses Aggregat kann jedes Material
aufweisen, das im Wesentlichen inert gegenüber den Recktanten und den
in dem Reaktor erzeugten Produkten ist. Vorzugsweise besteht dieses
Aggregat aus Siliziumoxidsand, Kies auf Siliziumoxidbasis, Keramikbällen oder
Kombination davon.
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Die
Reaktorschale 16 hat einen Einlass 20 an ihrem
oberen Ende und einen Auslass 24 an ihrem unteren Ende.
Das Innere der Schale kann über
eine Belüftungsleitung
(nicht gezeigt) auf Atmosphärendruck
belüftet
werden, die normalerweise geschlossen betrieben wird. Die Schale 16 kann
auch einen Mantel einschließen,
falls gewünscht,
um einen Kühlstrom
aufzunehmen, um Wärme
zu entfernen, die durch die exotherme Reaktion des Recktanten erzeugt
wird. Flüssigkeiten,
die für
den Kühlstrom
verwendet werden können,
können
Wasser, Lake und Kältemittel
einschließen,
sind aber nicht darauf eingeschränkt.
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Beim
Betrieb empfängt
der Einlass 20 die Recktanten und verteilt sie auf die
obere Oberfläche
des Harzkatalysatorbetts. Die Recktanten schreiten dann abwärts voran
durch das Trägerbett
hindurch, während sie
reagieren, um das Endprodukt zu bilden. Der Auslass 24 ist
in flüssiger
Verbindung mit dem Bett und mit einer Produktentnahmeleitung 30,
die sich im Wesentlichen in der gleichen Höhe wie der Einlass befindet,
um sicher zu stellen, dass der Reaktor im Überstrommodus arbeitet und
um sicher zu stellen, dass er vollständig flüssigkeitsgefüllt verbleibt.
Fühlvorrichtungen
zum Messen von Druck 34 und Temperatur 36 können sich
am Einlass und Auslass befinden und zusätzliche Fühler 35, 37 können an
ausgewählten
Positionen entlang der Hülle 16 angebracht
sein, um Bedingungen zu fühlen,
die mit der Reaktion verknüpft
sind, um geeignete Reaktionsprofile zu erhalten. Einlass- und Auslass-Druckübertrager
werden in der gleichen Höhe
in dem Entwicklungsreaktor angebracht, um sicher zu stellen, dass
der statische Flüssigkeitskopf
vor und nach dem gepackten Trägerbett
für die
Genauigkeit beim Sammeln von technischen und Auslegungs-Daten gleich
ist, wobei sie lediglich den Delta P zeigen, der dem Katalysatorharz
und Trägerbett
zugeordnet werden kann. Das Delta P gegenüber dem Fließverhältnis ist
exponentiell für
den Katalysator, der komprimierbar ist. Information aus diesen Fühlvorrichtungen
wird an eine Kontrolleinheit (nicht gezeigt) übertragen, welche ausgewählte Parameter einstellt,
so wie z.B. Zufuhrgeschwindigkeiten und Kühlstromfluss in den Mantel,
falls verwendet.
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Die
zufällige
Anordnung der Packung in der Hülle
stellt einen Träger
für den
Harzkatalysator dar und minimiert die Kompression. „Absetzen" des Katalysators
ist entscheidend und wünschenswert,
um vollständige
Füllung
der Leerräume
innerhalb des Katalysatorbetts sicher zu stellen. Die Packung stellt
auch sicher, dass die kumulativen Kompressionskräfte (welche die Summe der Kräfte sind,
die durch die Schwerkraft und den viskosen Widerstand aus dem Abwärtsfließen von
Recktanten erzeugt werden) zu einem solchen Grad unterbrochen werden,
dass hoher Umsatz, hohe Selektivität und eine lange Lebensdauer
durch den Harzkatalysator realisiert werden können. Die Minimierung der Kompressionskräfte ist
ausreichend genug, dass die „Wandeffekte" der Packungselemente
auf einer mikroskopischen Skala durch das Bett hindurch verteilt
werden.
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Allgemein
passen sphärische
Katalysatorkügelchen „ins Innere" (Kurve in Kurve)
der Leerräume,
die durch benachbarte Kügelchen
erzeugt werden, was in einem gewissen Hohlraumanteil resultiert,
durch welchen Fluss auftreten kann. Wenn diese sphärischen
Kügelchen
sich jedoch stattdessen in der Nähe
einer Oberfläche
befinden, d.h. einer „Wand" oder Ablenkblech
einer Probe oder anderen flachen Oberfläche, erzeugt die relative Geometrie
dieser beiden Oberflächen
(flach gegenüber
gekrümmt)
einen größeren Hohlraumanteil
und als ein Ergebnis wird eine leicht überproportionale Menge an Fluss
an der „Wand" auftreten, als im
repräsentativen
Teil des Bettes im Ganzen.
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Das
Bett 14 beinhaltet eine Vielzahl von diskreten inerten
Elementen, die sich innerhalb der Schale befinden, um in einer zufälligen Anordnung
von Oberflächen
zu resultieren, welche gewundene Pfade für den Abwärtsfluss des Reaktantmaterials
zur Verfügung
stellt. Diese diskreten Objekte können aus jedem steifen, chemisch
inerten und thermisch stabilen Material hergestellt werden, welches
optimalen Kontakt der Reaktantmaterialien zulässt, wenn sie durch das Bett
fließen,
während
das Harz weiterhin getragen wird. Optimaler Kontakt wird allgemein
durch Objekte bewirkt, die große
Hohlraumanteile haben (z.B. Objekte, die vorzugsweise klein im Volumen
sind und einen großen
Oberflächenbereich
zeigen). Die zufällig
packenden Elemente, die verwendet werden, können einen Hohlraumanteil von
0,6 oder mehr, wie z.B. 0,8 haben. Besonders bevorzugte Elemente
haben einen Hohlraumanteil von bis zu 0,98 oder höher. Höhere Hohlraumanteile
erlauben eine höhere
Beladung mit Harzkatalysator, während
trotzdem ausreichende Unterstützung
für das
Bett zur Verfügung
gestellt wird. Es wird angenommen, dass eine Korrelation zwischen
der Steifheit der Elemente, ihrer Fähigkeit, Deformation unter
Belastung zu widerstehen und der Gesamt- „Komprimierbarkeit" der Ringe besteht und
daher der Komprimierbarkeit des gesamten Bettes.
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Diese
Art von inerter zufälliger
Packung unterbricht die Packungsstruktur der sphärischen Harzteilchen, um einen
größeren effektiven
Hohlraumanteil zur Verfügung
zu stellen. Das Harzbett alleine hat üblicherweise einen Hohlraumanteil
von etwa 0,36 und von geringen Anstiegen darin wird erwartet, dass
sie in dramatischem Abfall von Druckverlust resultieren. Trotzdem
ist verringerter Druckverlust, verursacht durch erhöhten Hohlraumanteil,
weniger erwünscht
als der, der durch Verhinderung der Kompression verursacht wird,
da der erhöhte
Hohlraumanteil Pfade für
das „Kanalisieren" oder „Kurzschließen" darstellt, was die
Kontaktzeit von Recktanten und Katalysator reduziert. Es ist weniger
erwünscht,
den Hohlraumanteils innerhalb des Katalysators zu erhöhen, als einfach
die Abnahme des Hohlraumanteils, verursacht durch Kügelchendeformation,
zu verhindern.
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Vorzugsweise
weist die Packung metallische Kaskadenringe auf, wie z.B. CASCADE
MINIRINGS
®,
erhältlich
von Koch-Glitsch, Inc., Wichita, Kansas. Dieser Kaskadenring hat
einen Hohlraumanteil von etwa 0,97. Andere Gegenstände, die
verwendet werden können,
beinhalten typische Turmpackungselemente, wie z.B. Pallringe, Telleretringe,
Raschigringe, Berl Saddles, Intalox Saddles, sowie Kombinationen
von diesen, so wie gewünscht.
Beispiele für
einige von diesen sind in
US-Patenten
4 041 113 und
4 086
307 offenbart. Zusätzlich zu
besseren hydraulischen Charakteristiken verbessert das bevorzugte
metallische Kaskadenring-Packungsmaterial den Temperaturunterschied
in dem Reaktor. Dies kann verwendet werden, um die gleiche Einlasstemperatur
zu betreiben, um eine höhere
Auslasstemperatur zu ergeben, oder bei einer höheren Einlasstemperatur zu
betreiben, um mehr Produktion bei der gleichen Reinheit zu erhalten.
Weiterhin ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Einlass und dem
Auslass des Reaktors, der mit diesen Elementen gepackt ist, geringer
als die Temperaturdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass
eines ungepackten Reaktors, während
die Umsetzung von Recktanten in jedem Reaktor im Wesentlichen gleich
ist.
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Ausreichende
Reaktorpackung wird zufällig überall in
dem Katalysatorbett verteilt. In der bevorzugten Ausführungsform,
bei welcher Bisphenol A hergestellt wird, wird ein Minimum von etwa
25% der Katalysatorbetthöhe
(gemessen unter Phenol-Naßharz-Katalysatorbedingungen
vor dem Eintritt von Reaktant) und am stärksten bevorzugt von zumindest
etwa 30%, durch zufällig
verteilte Packung eingenommen. Ähnlich
ist es bevorzugt, dass die Höhe
der Packung ausreichend ist, um über
der Höhe
des Harzbettes zu verbleiben, wenn das Harz mit der Zeit anquillt.
Diese Höhe
kann etwa 110% und besonders bevorzugt 120% der Höhe des Katalysatorbetts
sein. Die Packung sollte in der Nähe der Höhe des Harzes liegen. Vorzugsweise
ist die Packung leicht höher
(bis zu etwa 20% höher),
um das Quellen des Harzes über
die Zeit zu ermöglichen.
Denkbar ist auch, dass die Packung kürzer ist als das Harz, da die
kumulativen Kompressionskräfte
am Boden des Bettes größer sind
als oben.
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Jedes
Verfahren zum zufälligen
Verteilen des Packungsmaterials kann verwendet werden. Das einfachste
und am meisten bevorzugte Verfahren ist, dass Packungsmaterial einfach
in den Reaktor einzubringen und Katalysator in den Reaktor zu zu
geben, um ihn in den Packungshohlvolumina verteilen.
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Jeder
allgemein bekannte, saure Ionenaustauscherharz-Katalysator kann
als saurer Katalysator verwendet werden und es gibt keine besondere
Einschränkung
bezüglich
dieses Katalysators, gewöhnlich
ist es jedoch ein Kationenaustauscherharz vom Sulfonsäuretyp mit
einem Vernetzungsgrad von weniger als oder gleich 8%, mit bevorzugt
weniger als oder gleich 6% und besonders bevorzugt mit weniger als
oder gleich 4%. Ebenfalls bevorzugt ist eine Vernetzung von mehr
als oder gleich 1%, stärker
bevorzugt mehr als oder gleich 2%. Der Harzkatalysator ist vorzugsweise
zumindest ein teilweise vernetzter Ionenaustauschharz-Katalysator und
vorzugsweise ein sulfoniertes aromatisches Harz, enthaltend einen
Grad von Divinylbenzolvernetzung und einen Grad von Sulfonsäurefunktionalität, z.B.
solche, wie in
US-Patent Nr.
5 233 096 offenbart.
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Saures
Ionenaustauscherharz wird auch bei der Alkylierung von Phenolen
verwendet (
US 4 470 809 ). In
der Gegenwart eines Kationenaustauscherharz-Katalysators reagiert
alpha-Methylstyrol
mit Phenol, um Paracumylphenol zu bilden (
US 5 185 475 ) und Mesityloxid reagiert
mit Phenol, um Chroman zu bilden. Bei der Verwendung unterliegen
die jeweiligen Teilchen des Harzkatalysators Kompressionskräften aufgrund
von hydraulischer Belastung. Bei niedrigeren Gehalten an Vernetzung
sind die Teilchen weniger steif und stärker empfänglich für hydraulische Deformation.
Der Grad an Vernetzung des Ionenaustauscherharz-Katalysators kann
bis zu 4% sein, ist vorzugsweise jedoch bis zu 2%, um das Katalysatorleben
zu verbessern.
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Es
ist am stärksten
bevorzugt, dass in dem erfindungsgemäßen Reaktorsystem die katalytischen
Mittel sulfonierte aromatische Harze sind, aufweisend Kohlenwasserstoffpolymere
mit einer Vielzahl von anhängenden
Sulfonsäuregruppen.
Diese sind typischerweise 2% oder 4% Divinylbenzol-vernetzt. Katalysatoren
mit 2% oder geringerem Grad an Vernetzung sind besonders bevorzugt.
Poly(styrol-divinylbenzol)-Copolymer
und sulfonierte Phenolformaldehydharze sind diesbezüglich geeignet.
Sulfonierte Harzkatalysatoren, die kommerziell als „AMBERLITE
A-32" und „AMBERLYST
A-121" erhältlich sind,
Markenkatalysatoren von Rohm und Haas Chemical Company, Inc., sowie „K1131" Markenkatalysator
von Bayer Chemical Company, sind Beispiele für solche geeignete Katalysatoren.
Die Austauschkapazität
des sauren Harzes ist vorzugsweise zumindest 2,0 meq. H+/Gramm
trockenes Harz. Bereiche von 3,0 bis 5,5 meq. H+/Gramm
trockenes Harz sind besonders bevorzugt. Wahlweise können auch
Co-Katalysatoren oder Katalysatorbeschleuniger verwendet werden.
Entweder werden Bulk- oder anhängende
Katalysatorbeschleuniger verwendet. Viele von diesen sind im Stand der
Technik wohl bekannt.
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Das
vorliegende Verfahren und Reaktor sind besonders geeignet für die Herstellung
von Bisphenol A (unten abgekürzt
als BPA). Wenn der Reaktor verwendet wird, um Bisphenol A herzustellen,
dann wird das Phenol üblicherweise
in eine Überschussmenge
bezüglich
des Acetons verwendet, wobei das molare Verhältnis von Phenol zu Aceton
(Phenol/Aceton) üblicherweise
größer als
oder gleich etwa 6 mol Phenol zu 1 mol Aceton ist, vorzugsweise
größer als
oder gleich etwa 12 mol Phenol zu 1 mol Aceton ist, ebenfalls bevorzugt weniger
als oder gleich etwa 20 mol zu 1 mol Aceton und stärker bevorzugt
weniger als oder gleich etwa 16 mol Phenol zu 1 mol Aceton.
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Die
Reaktion von Phenol und Aceton wird üblicherweise bei einer Temperatur
ausgeführt
die ausreicht, so dass die Zufuhr des Reaktors flüssig bleibt,
und vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 55°C oder höher. Ebenso
bevorzugt sind Temperaturen von weniger als oder gleich 110°C und stärker bevorzugt
weniger als oder gleich 90°C
und besonders bevorzugt etwa 85°C.
Die Druckdifferenz quer über
das Bett, wenn die Einlass- und Auslassdrücke bei gleicher Höhe gemessen
werden, ist vorzugsweise größer als
oder gleich etwa 0,1 p.s.i.g. und stärker bevorzugt etwa 3 p.s.i.g.
Ebenfalls bevorzugt sind Drücke
mit Differenzen von weniger als oder gleich etwa 35 p.s.i.g. und
stärker
bevorzugt weniger als oder gleich etwa 26 p.s.i.g.
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Bei
der Reaktion des oben angegebenen Phenols und Acetons sind zusätzlich zu
einer flüssigen
Reaktionsmischung, enthaltend Bisphenol A, üblicherweise Reaktionsprodukte,
wie z.B. unreagiertes Phenol, unreagiertes Aceton und Wasser, ein
Teil der Reaktionsmischung.
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Die
Bezeichnung Phenol, so wie in der Beschreibung hier verwendet, stellt
Phenol der Formel:
dar, sowie ausgewählte substituierte
Phenole, die unten in größerem Detail
beschrieben sind.
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Wie
Bisphenol A kann das Bisphenol, das durch die Reaktion von Phenolen
und Ketonen erhalten wird, die unten angegebene Formel haben:
wobei
in dieser Formel R
a und R
b Halogen-
oder einwertige Kohlenwasserstoffgruppen sind und sie gleich oder verschieden
sein können,
p und q ganze Zahlen von 0 bis 4 sein können, X
ist, R
c und
R
d Wasserstoffatome oder einwertige Kohlenwasserstoffgruppen
sind oder eine Ringstruktur aus R
c und R
d gebildet werden kann und R
e eine
zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe ist. Spezifische Beispiele für das Bisphenol
der oben angegebenen Formel beinhalten Bishydroxyarylalkane, wie
z.B. 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)methan,
1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)ethan, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan (im
Folgenden bezeichnet als Bisphenol A), 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)butan,
2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)octan,
1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)propan, 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)butan, Bis(4-hydroxyphenyl)phenylmethan,
2,2-Bis(4-hydroxy-1-methylphenyl)propan, 1,1-Bis(4-hydroxy-t-butylphenyl)propan
und 2,2-Bis(4-hydroxy-3-bromphenyl)propan, sowie Bishydroxyarylcycloalkane,
wie z.B. 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclopentan und 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan,
6,6'-Dihydroxy-3,3,3',3'-tetramethyl-1,1'-spiro(bis)indan, 1,3-Bishydroxyphenylmethan,
4,4'-Dihydroxy-2,2,2-triphenylethan,
1,1'-Bis(4-hydroxyphenyl)meta-diisopropylbenzol,
1,1'-Bis(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
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Darüber hinaus
kann Bisphenol in einer solchen Art und Weise hergestellt werden,
dass in der Formel oben -O-, -S-, -SO- oder SO2-
ist, mit Beispielen für
Verbindungen, die hergestellt werden können, einschließlich Bishydroxyarylethern,
wie z.B. 4,4'-Dihydroxydiphenylether
und 4,4'-Dihydroxy-3,3,-dimethylphenylether, Bishydroxydiarylsulfiden,
wie z.B. 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfid
und 4,4'-Dihydroxy-3,3'-dimethyldiphenylsulfid, Bishydroxydiarylsulfoxiden,
wie z.B. 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfoxid
und 4,4'-Dihydroxy-3,3,-dimethyldiphenylsulfoxid
und Bishydroxydiarylsulfonen, wie z.B. 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon und 4,4'-Dihydroxy-3,3'-dimethyldiphenylsulfon.
Unter diesen Substanzen ist die Herstellung von Bisphenol A besonders
bevorzugt.
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Bisphenole
wie solche wie oben beschrieben können durch ein allgemein bekanntes
Bisphenol-Syntheseverfahren erhalten werden, in welchem die geeignet
substituierten Phenole und Ketone in der Gegenwart eines sauren
Katalysators kondensiert werden. Phenole mit einer Struktur, in
welcher keine Bindung mit X in der angegebenen Formel vorhanden
ist, können
verwendet werden. Darüber
hinaus kann man, wenn die oben angegebenen Bisphenole erhalten werden,
auch Kondensation von Phenolen mit Formaldehyd, Sulfonsäuren, etc.
ausführen.
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Die
Recktanten in Reaktor 10 reagieren, um Bisphenol zu bilden
(BPA, wenn die Recktanten Aceton und Phenol sind) und verlassen
den Reaktor als ein Produktstrom, aufweisend das Bisphenol, unreagierte Recktanten,
wahlweise Co-Katalysator und geringere Mengen an anderen Materialien.
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Der
Produktstrom kann in einen Separator zugeführt werden, was jedes herkömmliche
Verfahren zum Abtrennen von solchen Materialien sein kann. Destillation
ist allgemein das einfachste und am stärksten bevorzugte Verfahren.
Es können
jedoch andere wohl bekannte Verfahren verwendet werden, unabhängig oder in
Kombination mit Destillation, um diesen Abtrennprozess aufzuweisen.
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Das
Bisphenolprodukt, Bisphenol-Isomere, Phenol und eine geringe Menge
an verschiedenen Verunreinigungen werden aus dem Separator als Bodenprodukt
entfernt. Dieses Bodenprodukt wird in einen weiteren Separator zugeführt.
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Kristallisation
ist das bevorzugte Verfahren der Bisphenolabtrennung, aber jedes
Verfahren, das verwendet werden kann, um Bisphenol aus der Mutterlauge
abzutrennen, kann verwendet werden, abhängig von dem gewünschten
Grad an Reinheit des Bisphenolprodukts. Einmal abgetrennt wird die
dehydratisierte Mutterlauge, aufweisend Phenol und Bisphenol-Isomere,
in den Reaktor 10 als Reaktant zurückgeführt.
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Bisphenol,
welches aus der Mutterlauge in dem Separator abgetrennt wurde, kann
dann zu noch weiteren Abtrennungen und Reinigungen in einem Bisphenolgewinnungsverfahren
geschickt werden. Dies kann besonders wichtig sein, wo sehr reines
Produkt erforderlich ist, wie es bei BPA erforderlich ist, wenn
es zur Verwendung in anschließender
Herstellung von Polycarbonaten hergestellt wird. Allgemein können solche
weitere Abtrennungen vorteilhafterweise unter Verwendungen von Techniken,
wie z.B. Umkristallisieren, ausgeführt werden.
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Um
die Probleme zu verringern, die mit der Kompression des Ionenaustauscherharz-Katalysators zusammen
hängen,
kann das Harzkatalysatorbett auch Schichten von unterschiedlich
vernetzten und modifizierten Katalysatoren oder Kombinationen davon
enthalten. Insbesondere kann das Katalysatorbett aus einer Kombination
aus einem Ionenaustauscherharz-Katalysator mit einem höheren Grad
an Vernetzung an einem unteren Ende des Bettes und einen Ionenaustauscherharz-Katalysator
mit einem geringeren Grad an Vernetzung am oberen Ende des Bettes
hergestellt werden. Der Ionenaustauscherharz-Katalysator in der
Nähe des oberen
Endes des Bettes ist vorzugsweise bis zu 2% vernetzt und das Ionenaustauscher-Katalysatorharz
am unteren Ende des Bettes ist vorzugsweise mehr als 2% vernetzt.
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Beim
Betrieb wird die Hülle
oder Zylinder 16 mit der Packung und dem Harzkatalysator
gepackt, indem er mit abwechselnden Mengen der Packung und des Katalysators
beladen wird. Der Katalysator kann wasserfeucht und „vor" oder teilweise getrocknete
Kügelchen
sein. Vorzugsweise wird Sand als ein Träger und/oder Filter zunächst in
den Boden der Hülle
eingefüllt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Reaktor bis zu etwa einem Viertel seiner Höhe mit Wasser
und einem Viertel seiner Höhe
mit Packungselementen gefüllt. Die
Säule wird
dann mit dem wasserfeuchten Harz gefüllt und verschlossen und Phenol
wird hindurch laufen lassen, um das Harz zu entwässern und in den Bereich zu
schrumpfen, der von den Elementen eingenommen wird. Dieses Verfahren
wird für
die verbleibende Kolonnenhöhe
wiederholt. Zusätzliche
Elemente werden oben auf das Bett zum Quellen während der Reaktion zu gegeben.
Dieses Verfahren wird mit Phenol durchgeführt, wenn der Katalysator vorgetrocknet
ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung von Bisphenol A aus Phenol und Aceton
beinhaltet das Einbringen des Phenols und des Acetons in das Ionenaustauscherharz-Katalysatorbett,
um das Phenol und das Aceton in der Gegenwart des Harzkatalysators
zu reagieren und dann das Bisphenol A aus der Reaktionsmischung
zu gewinnen. Das Einbringen des Phenols und des Acetons findet am
oberen Ende des Bettes statt (um den gleichzeitigen abwärtsfließenden Fluss
der Recktanten zu vereinfachen), mit einer Geschwindigkeit die ausreicht, um
die Reaktion in einer vorherbestimmten Ausbeute und Selektivität fortschreiten
zu lassen. Die Reaktion von Phenol und Aceton wird allgemein bei
einer Temperatur ausgeführt
die ausreicht, so dass die Zufuhr des Reaktors flüssig verbleibt
und vorzugsweise bei einer Temperatur von 55°C oder höher. Ebenfalls bevorzugt ist die
Temperatur weniger als oder gleich etwa 110°C und vorzugsweise weniger als
oder gleich etwa 90°C.
Das Einbringen der Recktanten wird allgemein bei einer gewogenen
stündlichen
Raumgeschwindigkeit (WHSV) von mehr als oder gleich etwa 0,1 Pfund
Zufuhr pro Stunde pro Pfund trockenem Katalysator (lbs. Zufuhr/Std./lbs.
Katalysator) und vorzugsweise mehr als oder gleich etwa 1,0 lb.
Zufuhr/Std./lbs. Katalysator durchgeführt.
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Ebenfalls
bevorzugt ist weniger als oder gleich etwa 20 lbs. Zufuhr/Std./lbs.
Katalysator und vorzugsweise weniger als oder gleich etwa 2,0 lbs.
Zufuhr/Std./lbs. Katalysator. Das Einbringen der Recktanten erfolgt ebenfalls
allgemein bei einer Fließgeschwindigkeit
von mehr als oder gleich etwa 0,1 Gallonen pro Minute pro Quadratfuß Querschnitt
des Betts (gpm/ft2), vorzugsweise mehr als
oder gleich etwa 0,5 gpm/ft2. Ebenfalls
bevorzugt ist eine Menge von weniger als oder gleich etwa 2,0 gpm/ft2 und besonders bevorzugt weniger als oder gleich
etwa 0,5 gpm/ft2. Die Temperatur der Reaktion
kann zum Teil durch den Fluss des Kühlstroms durch den Mantel kontrolliert
werden, um die Reaktionswärme
zu entfernen. In einem gepackten Pfropfenströmungs-Bett (plug flow packed
bed) ist der radiale Wärmetransfer
gering, so dass der Reaktor größtenteils
adiabatisch funktioniert. Die Packung kann dabei helfen, den Wärmetransfer
zu verbessern und die Adiabatizität somit zu reduzieren, was
die Temperaturkontrolle verbessert. Die Temperatur der Reaktion
kann bis zu etwa 110°C
betragen, ist vorzugsweise jedoch auf etwa 85°C beschränkt. Während des Gleichgewichtsbetriebs
des Reaktors ist der Differenzdruck zwischen dem Einlass und dem
Auslass 24 größer als
oder gleich etwa 0,1 Pfund pro Quadratinch-Anzeige (psig), vorzugsweise größer als
oder gleich etwa 3 psig. Ebenfalls bevorzugt ist er geringer als
oder gleich etwa 30 psig und stärker
bevorzugt weniger als oder gleich etwa 24 psig.
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Nun
bezugnehmend auf 2 wird bei 50 allgemein
ein System zur Herstellung von Bisphenol A aus Phenol und Aceton
gezeigt. Das System 50 beinhaltet einen vorgemischten Zufuhrstrom 54,
enthaltend Phenol, Aceton und entwässerte recyclierte Mutterlauge,
der zunächst
in eine Kühlapparatur 58 zugeführt wird.
Die gekühlte
Zufuhrmischung wird dann in den Reaktor 10 durch eine Einlassleitung 59 eingebracht.
Die Mischung wird dann das gepackte Katalysatorbett 14 des
Reaktors hinab fließen
lassen, um das Bisphenol A-Produkt zu bilden. Der Produktstrom,
der unreagierte Materialien und einige Nebenprodukte enthalten wird,
sowie das gewünschte
Bisphenol A, fließt
durch die Reaktorauslassleitung 63. Ein zweiter Phenolzufuhrstrom 62 wird
mit der Auslassleitung 63 verbunden und kann verwendet
werden, um den Reaktor zu beladen. Die Auslassleitung 63 ist
mit der Produktentnahmeleitung 30 verbunden. Wie oben mit
Bezugnahme auf 1 beschrieben, beinhaltet der
Reaktor 10 Druckfühlvorrichtungen 35 und
Temperaturfühlvorrichtungen 37 an
verschiedenen Stellen entlang der Hülle des Reaktors. Eine Rückkehrleitung 64 von
der Kühlapparatur 58 ist
vorzugsweise mit Strömungsbegleitheizungsleitungen 72 ausgerüstet. (Da
die zu verarbeitenden Materialien bei Raumtemperatur Feststoffe
sind, wird eine kontrollierte Wärme
zu den Rohren, Reaktor(en) und, falls notwendig, Ausrüstung zugeführt, um
die gewünschte
Flüssigkeitstemperatur
aufrecht zu erhalten. Es ist als „Begleitheizung" oder „Ummantelung" bei Rohren und Ausrüstung bekannt.)
System 50 kann weiterhin eine Siphonunterbrechung 70 aufweisen,
die sich stromabwärts
in der Produktentnahmeleitung 30 befindet. Der Reaktor
wird über
Leitung 65 belüftet.
Eine oder beide der Zufuhrströme
des Phenols und des Acetons können
Verunreinigungen enthalten, die aus der Anfangsreaktion zurück recycliert
werden. Die Verunreinigungen, die aus der Reaktion von Phenol und
Aceton stammen, können
in dem Recyclierungsstrom isomerisiert werden.
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BEISPIEL 1
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Eine
Reaktorhülle
mit einem Innendurchmesser von etwa 21 Inch, einer Querschnittfläche von
2,377 Quadratfuß und
einer Höhe
von 15 Fuß wird
in einer stufenweisen Art mit Mengen an Packung (CASCADE MINI-RINGS®)
beladen, die eine Bulkdichte von 15,3 Pfund je Kubikfuß (lbs/ft3) haben, sowie mit 2% vernetztem feuchtem
Ionenaustauscherharz-Katalysator A-121 von Rohm und Haas. Zwischen
den Beladungen wird der Reaktor geschlossen und ein Strom von Phenol,
enthaltend weniger als 0,5% Wasser, wird durch das Harzkatalysatorbett
hindurchfließen
lassen, um den Harzkatalysator zu entwässern. Die stufenweisen Beladungs- und
Entwässerungsoperationen
werden wiederholt, bis das Katalysatorbett 10,5 Fuß in der
Höhe ist.
Eine Gesamtmenge von 329,6 lbs. Packung und 3 166 lbs. feuchtem
Harzkatalysator werden zugegeben. Die wasserfeuchte Dichte des Harzkatalysators
ist 45,8 feuchte lbs/ft3 (ungefähr 8,5 „trockene" lbs/ft3)
und die Phenol-entwässerte
Dichte des gleichen Harzkatalysators beträgt 24,9 „trockene" lbs/ft3. Bei
der Entwässerung
des Harzkatalysators verbleiben 592 lbs. „trockener" Katalysator.
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Die
Druckdifferenz über
die vertikale Höhe
des Harzkatalysatorbetts wird bei verschiedenen Reaktorzufuhrgeschwindigkeiten
gemessen. Die Zufuhrzusammensetzung ist ähnlich zu den Werten in Tabelle
III, Spalte A. Der verwendete Beschleuniger ist 3-Mercaptopropionsäure in einer
Menge von etwa 800 ppm. Tabelle I, die unten präsentiert ist, veranschaulicht
die Fließgeschwindigkeit,
so wie gemessen, gegen die Druckdifferenz, die über die vertikale Abmessung
des Harzkatalysatorbetts beobachtet wird. Tabelle I Druckdifferenz als eine Funktion der
Fließgeschwindigkeit
in einem getragenen Bett
Fliessgeschwindigkeit (gpm) | WHSV
(Lbs (Zufuhr/Std./Lbs trockener Katalysator) | Flux-Geschwindigkeit (gpm/ft2) | Druckdifferenz
(ΔP) (psig) |
0,571 | 0,501 | 0,2403 | 0,41 |
1,141 | 1,000 | 0,4800 | 1,78 |
1,709 | 1,499 | 0,7192 | 5,31 |
2,280 | 2,000 | 0,9593 | 7,96 |
2,850 | 2,499 | 1,1991 | 18,6 |
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Es
werden Mittelwerte aufgetragen und es ist offensichtlich, dass der
Druck mit ansteigender Fliessgeschwindigkeit ansteigt, dieser Anstieg
jedoch durch den Träger
gemildert wird.
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BEISPIEL 2
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Die
experimentellen Bedingungen aus Beispiel 1 und die Zufuhrzusammensetzung
werden in einem Kontrollexperiment unter Verwendung des gleichen
Typs Harz ohne eine Packung wiederholt. Tabelle II wie unten präsentiert
veranschaulicht die Fliessgeschwindigkeit, so wie gemessen, gegen
die Druckdifferenz, die über
die vertikale Abmessung des Harzkatalysatorbetts beobachtet wird. Tabelle II Druckdifferenz als eine Funktion der
Fliessgeschwindigkeit in einem nicht getragenen Bett
Fliessgeschwindigkeit (gpm) | WHSV
(Lbs Zufuhr/Std./Lbs trockener Katalysator) | Flux-Geschwindigkeit (gpm/ft2) | Druckdifferenz
(ΔP) (psig) |
0,569 | 0,499 | 0,2396 | 0,37 |
1,140 | 1,000 | 0,4798 | 1,74 |
1,710 | 1,500 | 0,7194 | 11,59 |
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Ohne
die Unterstützung,
die von der zufälligen
Packung zur Verfügung
gestellt wird, ist die Kompression des nicht unterstützten Katalysatorbetts
unter erhöhtem
Fluss hoch und als ein Ergebnis werden Durchsatz und damit die Produktivität ernsthaft
eingeschränkt.
Es sind Mittelwerte aufgetragen.
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3 vergleicht
das Harz mit Packung aus Beispiel 1 und ohne Packung aus Beispiel
2 unter den gleichen Bedingungen. Diese Zeichnung zeigt, dass der
Anstieg der Druckdifferenz über
ein Bett aus komprimierbarem Harz durch Packung für das gleiche
Harzsystem und experimentelle Bedingungen gemildert wird.
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BEISPIEL 3
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Etliche
Experimente werden bei verschiedenen typischen Verarbeitungsbedingungen
durchgeführt und
die Temperaturdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des
Reaktors, sowie die Umsetzungsgeschwindigkeit der Recktanten, wird
gemessen. Diese Bedingungen und ein Mittelwert einer Anzahl von
Messungen, die vorgenommen werden, sind in Tabelle III unten wie
folgt aufgeführt: Tabelle III TYPISCHE EXPERIMENTELLE WERTE
| A.
Ringe | B.
Keine Ringe | C.
Ringe | D.
Keine Ringe | E.
Ringe | F.
Keine Ringe | G.
Ringe | H.
Keine Ringe |
Flux
(gpm/sq. ft.) | 0,72 | 0,72 | 0,72 | 0,72 | 0,24 | 0,24 | 0,48 | 0,48 |
Lineare
Geschwindigkeit (ft/min) | 0,096 | 0,096 | 0,096 | 0,096 | 0,032 | 0,032 | 0,064 | 0,064 |
Einlasstemperatur (°F) | 148,9 | 148,9 | 137,7 | 136,7 | 151,4 | 152,0 | 148,4 | 148,8 |
Bodentemperatur (°F) | 190,0 | 191,8 | 176,3 | 185,0 | 184,5 | 194,8 | 187,3 | 192,9 |
Ausgangstemperatur
(°F) | 182,2 | 185,6 | 172,4 | 180,5 | 175,2 | 182,4 | 178,9 | 184,8 |
Aceton
in der Zufuhr (Gew.-%) | 4,2 | 4,3 | 4,2 | 4,4 | 3,8 | 3,9 | 3,8 | 4,1 |
p,p-BPA
in der Zufuhr (Gew.-%) | 10,8 | 10,6 | 11,6 | 10,6 | 11,1 | 10,4 | 10,9 | 10,6 |
Acetonumsatz
(%) | 95,1 | 94,6 | 94,0 | 93,0 | 98,6 | 98,4 | 97,2 | 97,0 |
p,p-Selektivität | 98,3 | 97,5 | 96,9 | 98,4 | 97,0 | 96,1 | 97,8 | 98,0 |
Delta
P (psi) | 3,7 | 5,6 | 5,3 | 11,6 | 0,4 | 0,3 | 1,8 | 1,7 |
Produktionsgeschwindigkeit
(lb BPA/Std.) | 136,6 | 136,9 | 128,7 | 139,8 | 41,9 | 42,7 | 84,9 | 90,2 |
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Demzufolge
kann aus den oben angegebenen Daten entnommen werden, dass sogar
obwohl die Umsetzung für
weit variierende Bedingungen grob äquivalent verbleibt, die Temperaturdifferenz
zwischen dem Einlass und dem Auslass eines gepackten Reaktors mit
Ringen geringer ist als die Temperaturdifferenz zwischen dem Einlass
und dem Auslass eines Reaktors ohne Packung. Dies ist ungewöhnlich,
da eine niedrigere Temperaturdifferenz gleiche Umsetzungsprozentanteile
nicht favorisiert.