DE619295C

DE619295C - Process for regulating the temperature in reactions in flowing mixtures

Info

Publication number: DE619295C
Application number: DEH119922D
Authority: DE
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1929-01-19
Filing date: 1929-01-19
Publication date: 1935-09-27

Description

Verfahren zur Regelung der Temperatur bei Reaktionen in strömenden Gemischen Es ist bekannt, bei der Ausführung von Reaktionen in strömenden Medien, insbesondere bei Reaktionen mit starker Wärmetönung, einen Temperaturausgleich mit Hilfe der zuzuführenden Stoffe auszuführen, z. B. nach dem Gegenstromprinzip oder durch Verlegen der Zuführungsrohre in den Reaktionsraum selbst. Diesen Verfahren haften verschiedene Nachteile an. Der Wärmeaustausch erfolgt vorzugsweise nahe der Eintrittsstelle des kalten Reaktionsgemisches in die innerhalb des eigentlichen Reaktionsraumes liegende Wärmeaustauschvorrichtung, weil dort das Temperaturgefälle am größten ist, während am Austritt des Reaktionsgemisches aus dem Wärmeaustauscher, also an der Eintrittsstelle in den Reaktionsraum infolge des dort vorhandenen sehr geringen Temperaturgefälles nur ein entsprechend geringerer Wärmeaustausch stattfindet. Infolgedessen kann die Temperierung des Reaktionsraumes keine gleichmäßige sein. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist die für jeden Apparat zwangsläufige Verknüpfung der Geschwindigkeit der zugeführten Stoffe im Reaktionsraum und im Wärtneaustauscher, die dadurch gegeben ist, daß die gesamte durch den Wärmeaustauscher geleitete Stoffnenge das Reaktionsgefäß durchströmt.Process for regulating the temperature in reactions in flowing Mixtures It is known that when carrying out reactions in flowing media, especially in the case of reactions with strong warming, a temperature equalization with Help to carry out the substances to be fed, e.g. B. according to the countercurrent principle or by laying the feed pipes in the reaction space itself. This process there are various disadvantages. The heat exchange takes place preferably near the Entry point of the cold reaction mixture into the inside of the actual Reaction chamber lying heat exchange device, because there the temperature gradient is greatest, while at the exit of the reaction mixture from the heat exchanger, So at the point of entry into the reaction space as a result of the very present there low temperature gradient only a correspondingly lower heat exchange takes place. As a result, the temperature of the reaction space cannot be uniform. Another disadvantage of this method is the inevitable linkage for every device the speed of the substances supplied in the reaction space and in the heat exchanger, which is given by the fact that the total amount of material passed through the heat exchanger flows through the reaction vessel.

Nach der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile beseitigt, und zwar dadurch, daß das Reaktionsgefäß selber als Wärmeaustauscher ausgebildet wird, dessen einer Teil als Reaktionsraum dient, während durch den anderen Teil (Kreislaufraum) das Reaktionsgemisch in fortwährendem Kreislauf und Wärmeaustausch mit dem Gemisch im Reaktionsraum hindurchgeleitet wird, wobei ein Teil des Stoffgemisches dem Kreislauf entzogen und dem Reaktionsraum zugeführt wird, während eine entsprechende Menge von frischem Gemisch in den Kreislauf eingeführt wird. Da die im Kreislauf befindliche Stoffmenge von ihrem dem Reaktionsraum zuzuführenden Anteil unabhängig ist, ist es möglich, durch entsprechende Bemessung der Kreislaufgeschwindigkeit an allen Punkten des Wärmeaustauschers ein praktisch gleiches Temperaturgefälle zum Reaktionsraum und damit eine sehr vollkommene Temperaturregelung innerhalb desselben zu erzielen. Ein weiterer Vorteil ist dabei, daß infolge der vergrößerten Strömungsgeschwindigkeit der Stoffe im Wärmeaustauscher der Wärmeübergang bedeutend verbessert wird. According to the present invention, these disadvantages are eliminated, namely in that the reaction vessel itself is designed as a heat exchanger is, one part of which serves as a reaction space, while the other part (Circulation space) the reaction mixture in continuous circulation and heat exchange is passed through with the mixture in the reaction space, with part of the mixture of substances withdrawn from the circuit and fed to the reaction chamber, while a corresponding Amount of fresh mixture is introduced into the circuit. Since the in the cycle The amount of substance located is independent of its proportion to be supplied to the reaction chamber is, it is possible by appropriately dimensioning the circulatory speed practically the same temperature gradient at all points of the heat exchanger to the reaction space and thus a very perfect temperature control within it to achieve. Another advantage is that due to the increased flow rate of the substances in the heat exchanger, the heat transfer is significantly improved.

Die im Kreislauf geführten Stoffe werden in bekannter Weise außerhalb des Reaktionsgefäßes, je nachdem, ob die vorzunehmende Reaktion exotherm oder endotherm verläuft, durch eine Kühl- oder Heizvorrichtung geleitet. The substances carried in the cycle are outside in a known manner of the reaction vessel, depending on whether the reaction to be carried out is exothermic or endothermic runs, passed through a cooling or heating device.

Das Wesen der Erfindung wird durch folgende Beispiele und an Hand beiliegender Zeichnung erläutert: Beispiel I In einer Apparatur nach der Zeichnung wird Aceton aus Acetylen und Wasserdampf nach der Gleichung 2C2H2+3H2O = CH3COCH3 + CO2 + 2H2 + 80 Cal hergestellt. Durch das Rohr 10 werden stündlich 100 cbm Acetylen und I000 cbm Wasserdampf in die Apparatur eingeleitet. Im Umleitungsrohr 3 trifft das eintretende Gas mit dem umgewälzten zusammen und wird durch die Pumpe 6 und durch die Leitung 5 bzw. 4 dem eigentlichen Reaktionsgefäß zugeführt, wo es durch die Rohre 2 strömt. Bei 7 werden 1100 cbm Gasgemisch stündlich abge zweigt, die durch die Katalysatorräume 1 strömen, während die zehnfache Menge, d. h. The essence of the invention is illustrated by the following examples and on hand The enclosed drawing explains: Example I In an apparatus according to the drawing becomes acetone from acetylene and water vapor according to the equation 2C2H2 + 3H2O = CH3COCH3 + CO2 + 2H2 + 80 Cal produced. 100 cbm of acetylene per hour are passed through the pipe 10 and 1000 cbm of steam introduced into the apparatus. In the diversion pipe 3 meets the incoming gas with the circulated together and is by the pump 6 and fed through line 5 or 4 to the actual reaction vessel, where it passes through the tubes 2 flows. At 7, 1100 cbm of gas mixture are branched off every hour, the through the catalyst chambers 1, while ten times the amount, d. H.

II 000 cbm stündlich durch die Leitung 3 wieder dem Umlauf zugeführt wird. Das umgewälzte Gasgemisch verläßt den Kühler 11 mit einer Temperaturvon 405°, mischt sich mit dem 120° warmen Frischgas und erreicht die Katalysatorrohre mit einer Temperatur von 370°, diebeim Entlangstreichen längs derRohre auf etwa 4250 steigt. Das umgesetzte Reaktionsgemisch werläßt den Katalysatorraum bei 8 durch die Leitung 9 mit einer Temperatur von durchschnittlich 4500. Bei Anw, endung eines Kontaktes, der aus mit Zinkoxyd imprägniertem oxydiertem Eisenschwamm besteht, beträgt die Ausbeute an Aceton 85 % der Theorie, bezogen auf angewandtes, und 90 %, hezogen auf umgesetztes Acetylen. II 000 cbm hourly fed back into circulation through line 3 will. The circulated gas mixture leaves the cooler 11 at a temperature of 405 °, mixes with the fresh gas at 120 ° C and reaches the catalyst tubes with it a temperature of 370 °, which rose to about 4250 when running along the pipes increases. The converted reaction mixture lets the catalyst space at 8 through line 9 with an average temperature of 4500. When using a Contact, which consists of oxidized sponge iron impregnated with zinc oxide the yield of acetone is 85% of theory, based on the amount used, and 90% are drawn on converted acetylene.

Beispiel 2 In einer Apparatur, die im Beispiel I jedoch mit dem Unterschied, daß 11 eine Heizvorrichtung darstellt, beschrieben - ist, wird Aceton aus Äthylalkohol und Wasserdampf nach der Gleichung 2C2H5OH + H2O = CH2COCH3 + CO2 + 4H2 - 20 Cal hergestellt. Es werden stündlich 350 kg eines Dampfgemisches, das durch Verdampfen yon 30 Obigem Äthylallcohol erhalten wind, blei einer Temperatur von I300 zugeführt. Umgewälzt wird die sechsfache Menge, d. h. Example 2 In an apparatus which, however, in Example I with the difference that 11 represents a heating device, is described - is acetone from ethyl alcohol and water vapor according to the equation 2C2H5OH + H2O = CH2COCH3 + CO2 + 4H2 - 20 Cal manufactured. There are per hour 350 kg of a vapor mixture, which by evaporation Of 30 of the above ethyl alcohol obtained, lead was brought to a temperature of 1300. Six times the amount is circulated, i.e. H.

2I00 kg stündlich. Das Dampfgemisch erreicht den Reaktionsraum mit einer Temperatur von 5000. Beim Entlangstreichen längs der Katalysatorrohre sinkt die Temperatur bis auf 480°. Das umgesetzte Reaktionsgemisch verläßt den Kontaktraum mit einer Temperatur von 4500 C. Das umlaufende -Dampfgemisch wird zusammen mit dem frischen Gas durch die Heizvorrichtung geleitet, die es auf 500° erwärmt. Die Ausbeute beträgt bei Anwendung eines Katalysators, der aus mit Calciumoxyd imprägniertem angerostetem Eisenschwamm besteht, 83 Olo der Theorie, bezogen auf angewandten Äthylalkohol. 8 01o des Alkohols werden unverändert wiedergewonnen.2I00 kg per hour. The vapor mixture reaches the reaction space with a temperature of 5000. When stroking along the catalyst tubes, it drops the temperature up to 480 °. The converted reaction mixture leaves the contact space with a temperature of 4500 C. The circulating vapor mixture is combined with the fresh gas is passed through the heater, which heats it to 500 °. the Yield is when using a catalyst made of impregnated with calcium oxide rusted iron sponge consists, 83 ole of theory, based on the applied ethyl alcohol. 8,010 of the alcohol are recovered unchanged.

Es lassen sich natürlich auch andere Ausführungsformen der Erfindung denken. Die zuzuführenden Stoffe können statt in geraden Rohren z. B. spiralförmig durch den Reaktionsraum geleitet oder konzentrisch um die Reaktionsrohre herumgeführt werden im Gegenstrom oder im Gleichstrom mit den durch den Reaktionsraum strömenden Stoffen. Of course, other embodiments of the invention can also be used think. The materials to be fed can be used instead of straight pipes z. B. spiral passed through the reaction space or concentrically around the reaction tubes are in countercurrent or in cocurrent with the flowing through the reaction chamber Fabrics.

Das Verfahren beschränkt sich nicht auf Gasreaktionen, sondern es lassen sich in ähnlichen Apparaturen auch Reaktionen zwischen flüssigen Stoffen oder zwischen Flüssigkeiten und Gasen ausführen. The process is not limited to gas reactions, it is reactions between liquid substances can also be carried out in similar apparatus or run between liquids and gases.

Mit besonderem Vorteil wird- die vorliegende Erfindung bei stark exothermen oder stark endothermen Reaktionen angewendet oder abler bei sehr temperaturerupfind lichen Reaktionen, bei denen eine sehr genaue Innehaltung der Temperatur erforderlich ist. With particular advantage, the present invention becomes strong at exothermic or strongly endothermic reactions are used or if the temperature is very high common reactions in which a very precise maintenance of the temperature is required is.

In der englischen Patentschrift 268 72I wird ein Verfahren zur Durchführung von exothermen Gasreaktionen unter Druck und bei hoher Temperatur beschrieben, bei dem das Ausgangsgemisch im Kreislauf um die Wandungen des Reaktionsgefäßes geführt wird, wobei ein beliebig zu bemessender Anteil des Gemisches dem Kreislauf entzogen und dem Reaktionsraum zugeführt und andererseits Frischgas dem Kreislauf wieder beigemischt wird. In den Kreislauf ist ferner eine Kühlvorrichtung eingeschaltet, um dem Gas diejenige Wärme zu entziehen, die infolge der exothermen Reaktion von dem Reaktionsgefäß beim Entlangstreichen an den Wandungen abgegeben wird. Indessen hat man solche Vorrichtungen bisher nicht in dem Sinne ausgebaut, daß die Reaktionswärme in beliebig weitgehendem Umfange an das um das Reaktionsgefäß geführte Ausgangsgemisch abgegeben werden kann. Man hat im Gegenteil nach der angeführten Patentschrift das Reaktionsgefäß mit einer wärmeisolierenden Wand umgeben, um den Durchgang der Wärme möglichst zu unterbinden und zu verhindern, daß Wärme durch die zirkulierende Gas schicht hindurch an die gegen Erwärmung empfindlichen drucktragenden äußeren Wandungen der Vorrichtung gelangen. Erst reeht nicht hat man erkannt, daß ein solcher Kreislauf, wenn man nur einen hinreiehenden Wärmeaustausch zwischen dem umlaufenden Gas und den Wänden des Reaktionsgefißes ermöglicht, dazu dienen kann, auch endotherme Reaktionen durch Zuführung von Wärme bei gut konstanten T, emperaturen in Gang zu halten. Im Gegensatz zu dem bekannten Vorschlag zeichnet sich die Anordnung gemäß der Erfindung dadurch aus, daß wärmeisolierende Schichten zwischen Reaktionsgefäß und umspülendem Gas ganz vermieden werden und daß im Gegenteil die Oberfläche des Reaktionsgefäßes unter gleichzeitiger Verwendung gut wärmedurchlässiger Materialien, z. B. durch Verteilung des Katalysators auf eine größere Zahl von Rohren, so weitgehend vergrößert wird, daß der Wärmeaustausch mit dem umlaufenden Ausgangsgemisch in beliebigem Umfange durchgeführt werden kann, z. B. also auch der entsprechend große Wärmeüberschuß stark exothermer Reaktionen, zweckmäßig unter Einschaltung einer Kühlvorrichtung in den Gaskreislauf, vollständig abgeführt oder der Wärmebedarf stark endothermer Reaktionen durch Einschaltung einer Heizvorrichtung in den Kreislauf vollständig befriedigt werden kann. In the English patent specification 268 72I a method for carrying out of exothermic gas reactions under pressure and at high temperature described in which circulated the starting mixture around the walls of the reaction vessel is, with any proportion of the mixture to be measured withdrawn from the circuit and fed to the reaction chamber and, on the other hand, fresh gas is returned to the circuit is added. A cooling device is also switched on in the circuit, in order to remove the heat from the gas that is generated as a result of the exothermic reaction of is released from the reaction vessel when stroking along the walls. In the meantime one has so far not developed such devices in the sense that the heat of reaction to any extent to the starting mixture circulating around the reaction vessel can be delivered. On the contrary, according to the patent specification cited, this is the case Reaction vessel surrounded by a heat-insulating wall to allow heat to pass through as possible to prevent and prevent heat from circulating gas layer through to the pressure-bearing outer walls, which are sensitive to heat get to the device. At first it was not recognized that such a cycle, if you only have a sufficient heat exchange between the circulating gas and allows the walls of the reaction vessel to serve, also endothermic Reactions by supplying heat at constant temperatures. in the In contrast to the known proposal, the arrangement according to the invention is distinguished characterized in that heat-insulating layers between the reaction vessel and the rinsing Gas can be avoided entirely and that, on the contrary, the surface of the reaction vessel with the simultaneous use of highly heat-permeable materials, e.g. B. by Distribution of the catalyst over a larger number of tubes, so largely enlarged that the heat exchange with the circulating starting mixture to any extent can be carried out e.g. B. So also the correspondingly large excess of heat strongly exothermic reactions, expediently with the involvement of a cooling device into the gas cycle, completely dissipated or the heat demand is strongly endothermic Reactions complete by switching on a heating device in the circuit can be satisfied.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H: Procedure for regulating the temperature in the reaction chamber for reactions in flowing mixtures through the circuit of the Reaction mixture to be supplied along the walls of the actual reaction vessel, characterized in that the reaction vessel is designed as a heat exchanger one part of which serves as a reaction space, while the other part serves as the Reaction mixture before the reaction in continuous circulation and in heat exchange is passed through with the mixture in the reaction space, optionally with activation a cooling or heating device in the circuit, each with any to proportionate proportion of the mixture supplied from the circuit to the reaction chamber and reintroduced an appropriate amount of fresh mixture into the circuit will.

Application sheet for patent specification G19 295 Class 12 g Group 1/01 The patent seeker stated that the inventor was: DrOWalter Pohl in FranL-furt a0M