DE946059C

DE946059C - Device for the continuous implementation of reactions using reflux cooling

Info

Publication number: DE946059C
Application number: DEST8226A
Authority: DE
Inventors: Leonard Wiebo Feli Kampschmidt
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1953-05-28
Filing date: 1954-05-26
Publication date: 1956-07-26

Description

Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Reaktionen unter Anwendung von Rückflußkühlung Die Erfindung betrifft eine' Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Reaktionen unter Anwendung von Rückflußkühlung, wobei eine Anzahl Reaktionsräume hintereinandergeschaltet sind.Device for the continuous implementation of reactions under Use of reflux cooling The invention relates to a 'device for continuous Carrying out reactions using reflux, being a number Reaction rooms are connected in series.

Bekanntlich können Reaktionen bei erhöhter Temperatur, z. B. in Anwesenheit eines flüchtigen Lösungsmittels, in einer Vorrichtung durchgeführt werden, deren Reaktionsgefäß mit einem Rückflußkühler versehen ist, wobei die in diesem Kühler kondensierten Dämpfe dem Reaktionsgefäß wieder zugeleitet werden. It is known that reactions at elevated temperature, e.g. B. in presence of a volatile solvent, can be carried out in a device whose Reaction vessel is provided with a reflux condenser, the in this condenser condensed vapors are returned to the reaction vessel.

In einer solchen Vorrichtung lassen sich auch Reaktionen durchführen, bei denen Bestandteile des Dampfes eine Reaktion miteinander eingehen, wobei sich hochmolekulare Produkte bilden, die zurückfließen, nicht mehr verdampfen und daher in flüssigem Zustand in dem Reaktionsgefäß zurückbleiben. Auf diese Weise kann z. B. rohes Phthalsäureanhydrid von dem darin vorhandenen MaleinsäureanhydrM und- Naphthochinon gereinigt werden, welche beiden Verunreinigungen einen niedrigeren Siedepunkt aufweisen als Phthalsäureanhydrid. Dabei findet eine Umsetzung statt, bei der sich aus Maleinsäureanhydrid und Naphthochinon hochmolekulare Kondensationsp rodukte bilden, die in das Reaktionsgefäß zurückfließen und nicht mehr daraus verdampfen. Die Trennung dieser Kondensationsprodukte vom Phthalsäureanhydrid kann anschließend durch Abdestillieren des letzteren erfolgen. In such a device, reactions can also be carried out, in which components of the steam enter into a reaction with one another, whereby Form high molecular weight products that flow back, no longer evaporate and therefore remain in the liquid state in the reaction vessel. In this way, for. B. crude phthalic anhydride from the maleic anhydride and naphthoquinone present therein cleaned, which two impurities have a lower boiling point as phthalic anhydride. A reaction takes place in which maleic anhydride is formed and naphthoquinone form high molecular weight condensation products that enter the reaction vessel flow back and no longer evaporate from it. The separation this Condensation products from phthalic anhydride can then be distilled off of the latter.

Zur Durchführung solcher Reaktionen ist mit den aus einem Reaktionsgefäß mit Rückflußkühler bestehenden üblichen Vorrichtungen der Nachteil verbunden, daß sich hierbei eine kontinuierliche Arbeitsweise nur schwierig durchführen läßt, weil sich das frische Ausgangsmaterial dabei immer wieder mit dem Reaktionsprodukt mischt. To carry out such reactions is with the from a reaction vessel with reflux condenser existing conventional devices associated with the disadvantage that continuous operation can only be carried out with difficulty because the fresh starting material mixes again and again with the reaction product.

Die Erfindung betrifft nunmehr eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Reaktionen unter Rückflußkühlung, und zwar in hintereinandergeschalteten Reaktionsräumen, die mit einer Dampfabfuhrleitung nach einem gemeinsamen Rückflußkühler versehen sind, dessen Rück fluß leitung für die Flüssigkeit an den ersten Reaktionsraum dieser Reihe von Reaktionsräumen angeschlossen ist. The invention now relates to an apparatus for continuous Carrying out reactions under reflux cooling in series Reaction chambers with a vapor discharge line after a common reflux condenser are provided, the return flow line for the liquid to the first reaction chamber this series of reaction chambers is connected.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dienen die Zeichnungen. The drawings serve to explain the device according to the invention.

Fig. I stellt schematisch eine VMorrichtung dar, in der sechs Reaktionsräume I hintereinandergeschaltet und durch Leitungen 2 untereinander verbunden sind. Der letzte Reaktionsraum dieser Reihe ist mit einer Abzugsleitung 3 für die Reaktionsfliissigkeit ausgestattet. Der Rückflußkühler 4 mit Heizmantel 5 ist durch die Rückflußleitung 6 mit dem ersten Reaktionsraum verbunden. Fig. I schematically represents a V device in which six reaction spaces I are connected in series and connected to one another by lines 2. Of the The last reaction space in this series is with a discharge line 3 for the reaction liquid fitted. The reflux condenser 4 with heating jacket 5 is through the reflux line 6 connected to the first reaction chamber.

Aus den Reaktionsräumen, die mit Heizvorrichtungen (nicht in . der Zeichnug angegeben) versehen sind, kann der Dampf durch die Dampfleitungen 7 entweichen und durch Leitung 8 dem Rückflußkühler 6 zuströmen. Der Kühler 4 weist an seinem oberen Ende eine Ableitung g auf, durch die etwa nicht kondensierte Dämpfe abgeführt werden können. From the reaction rooms, which are equipped with heating devices (not in Drawing indicated) are provided, the steam can escape through the steam lines 7 and flow through line 8 to the reflux condenser 6. The cooler 4 has on his the upper end of a discharge line g, through which any non-condensed vapors are discharged can be.

Zur Zufuhr des Ausgangsproduktes ist an der oberen Seite des Kühlers 4 eine Speiseleitung 10 vorgesehen, so daß das Ausgangsprodukt durch den Kühler 4 und die Leitung 6 in den ersten Reaktionsraum dieser Reihe von Räumen strömen kann. Falls eine solche Zuführungsweise des Ausgangsprodukts nicht erwünscht ist, kann die Speiseleitung auch unmittelbar an den ersten Reaktionsraum angeschlossen sein. To feed the starting product is on the upper side of the cooler 4 a feed line 10 is provided so that the starting product through the cooler 4 and line 6 flow into the first reaction space of this series of spaces can. If such a method of feeding the starting product is not desired, the feed line can also be connected directly to the first reaction chamber be.

Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht einer anderen Anordnung dieser Reaktionsräume, von der Fig. 3 einen Querschnitt in der Achse d-A darstellt. Der erste Reaktionsraum der Reihe ist zentral aufgestellt, und die übrigen Räume sind um diesen, herum angeordnet. Die Reaktionsflüssigkeit kann durch die Verbindungsleitungen 2 der Reihe nach die Räume in die von den Pfeilen angegebene Richtung durchlaufen. Die Dampfleitungen 7 sind jedoch an den zentral angeordneten Kühler 4 angeschlossen. Fig. 2 shows a schematic plan view of another arrangement of this Reaction chambers, of which Fig. 3 shows a cross section along the axis d-A. Of the The first reaction room in the series is set up centrally, and the remaining rooms are arranged around this. The reaction liquid can flow through the connecting lines 2 go through the rooms one after the other in the direction indicated by the arrows. The steam lines 7 are, however, connected to the centrally arranged cooler 4.

Bei dieser Ausführungsform ist die Dampfleitung 8 überflüssig, und man kann sich zur Ableitung der Dämpfe nach dem Kühler mit den kurzen Leitungen 7 begnügen. In this embodiment, the steam line 8 is superfluous, and you can use the short lines to discharge the vapors after the cooler 7 content.

Die Fig. 4 und 5 zeigen wieder eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 and 5 show yet another embodiment of the invention Contraption.

Fig. 4 stellt diese im Längsschnitt und Fig. 5 im Querschnitt dar. In dieser Ausführungsform bilden die Zellen 11 eines waagerecht liegenden zylindri schen Gefäßes I2 eine Reihe von'Reaktionsräumen.Fig. 4 shows this in longitudinal section and Fig. 5 in cross section. In this embodiment, the cells 11 form a horizontally lying cylindri between vessel I2 a series of 'reaction rooms.

Über der ersten Zelle dieser Reihe ist ein Rückflußlrühler angebraoht (nicht in der Zeidhnung angegeben), dessen Rückflußleitung 6 mit der ersten Zelle verbunden ist.A reflux condenser is mounted above the first cell in this row (not specified in the drawing), its reflux line 6 with the first cell connected is.

Die Zellen sind durch die Wände I3 voneinander getrennt, während die Reaktionsflüssigkeit durch die Öffnungen 14 hineinströmt, der Reihe nach sämtliche Zellen durchläuft und schließlich durch die Leitung 3 abgeführt wird. An der oberen Seite der Trennwände I3 befinden s,ich Öffnungen I5, durch die die Dämpfe nach der Leitung 6 strömen und in dieser Weise dem Rückflußkühler zugeleitet werden. The cells are separated from each other by the walls I3 while the reaction liquid flows in through the openings 14, all in turn Cells and is finally discharged through line 3. At the top Side of the partition walls I3 are located, I openings I5 through which the vapors to the Flow line 6 and are fed in this way to the reflux condenser.

Bei der Anwendung dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung fließt ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom an der unteren Seite des Gefäßes entlang, während sich zu gleicher Zeit im Gegenstrom damit eine kontinuierliche Dampfströmung'an der oberen Seite des Gefäßes I2 entlangbewegt. ~ Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zum Durchführen von Reaktionen, bei denen die miteinander reagierenden Stoffe in verhältnismäßig geringen Mengen in einer Reaktionsflüssigkeit mit höherem Siedepunkt vorhanden sind. When using this embodiment of the device according to the invention a continuous stream of liquid flows along the lower side of the vessel, while at the same time there is a continuous flow of steam in countercurrent moved along the upper side of the vessel I2. ~ The device according to the invention is particularly suitable for carrying out reactions in which the with each other reacting substances in relatively small amounts in a reaction liquid with a higher boiling point are present.

Diese Stoffe können auch als Verunreinigungen in den zu reinigenden Produkten vorhanden sein. Bei der Reinigung von. Glyzerin z.B. müssen Verunreinigungen entfernt werden, die sich durch Destillation nur schwer abscheiden lassen und bei höheren Temperaturen die Bildung gefärbter Produkte herbeiführen. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die farbgebenden Verunreinigungen zu einem harzartigen Produkt umgesetzt, wenn man das unreine Glyzerin in den Reaktionsräumen sieden läßt. Als Reaktionsprodukt wird dabei ein Glyzerin erhalten, das ein harzartiges Produkt enthält, welches beim Abdes-tillieren des Glyzerins als Rückstand anfällt. Das auf diese Weise gereinigte Glyzerin eignet sich zur Herstellung farbloser Kunstharze, z. B. durch Kondensation mit Phthalsäureanhydrid. These substances can also act as impurities in the cleaning equipment Products. When cleaning. Glycerine, for example, must contain impurities are removed, which can only be separated with difficulty by distillation and at higher temperatures cause the formation of colored products. In the invention The device turns the coloring impurities into a resinous product implemented when the impure glycerine is allowed to boil in the reaction chambers. as The reaction product is a glycerine that contains a resinous product, which is obtained as a residue when the glycerine is distilled off. That on this Purified glycerine is suitable for the production of colorless synthetic resins, e.g. B. by condensation with phthalic anhydride.

Ein weiteres Beispiel ist die Reinigung von Phthalsäureanhydrid, wobei die vorwiegend aus Maleinsäureanhydn'd und Naphthochinon bestehenden Verunreinigungen zu einem hochmolekularen Kondensationsprodukt umgesetzt werden, das sich in einfacher Weise durch Destillation von dem Phthalsäureanhydrid abtrennen läßt. Another example is the purification of phthalic anhydride, the impurities consisting predominantly of maleic anhydride and naphthoquinone to be converted into a high molecular weight condensation product, which can be converted into a simple Way can be separated from the phthalic anhydride by distillation.

Die Vorrichtung kann weiterhin zum Reinigen von Stoffen angewandt werden, die vor der Destillation einer Vorbehandlung unterzogen werden müssen. Dabei werden die Stoffe zusammen mit einer zugefügten Verbindung erhitzt, um in dieser Weise die vorhandenen Verunreinigungen, die bei der Destillation gleichfalls übergehen würden, in Verbindungen, die sich bei der Destillation leicht entfernen lassen, umzusetzen. Als Beispiel dafür sei Caprolactam erwähnt, das bekanntlich vor oder während der Destillation mit chemischen Zusätzen, wie z.B. Natriumhydroxyd, Schwefelsäure oder Kaliumpermanganat, erhitzt werden muß. Für eine solche Vorbehandlung ist die beschriebene Vorrichtung besonders geeignet. Bei der anschließenden Destillation bleiben die Verunreinigungen zusammen mit den zugefügten Stoffen als Rückstand zurück. The device can also be used for cleaning fabrics that have to be pretreated before distillation. Included the substances are heated together with an added compound in order to be in this Remove the impurities that are present and also pass over during the distillation would, in compounds that can be easily removed by distillation, to implement. An example of this is caprolactam, which is known before or while distillation with chemical additives such as sodium hydroxide, sulfuric acid or potassium permanganate, must be heated. For such a pre-treatment is the described device particularly suitable. During the subsequent distillation the impurities remain as residue together with the added substances.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es auch möglich, Schwefel aus organischen Produkten zu entfernen, z. B. aus Phenol, das von dem darin vorhandenen flüchtigen Thiophenol gereinigt werden muß. Diese Oxydation, welche mit Luft oder sonstigen Oxydationsmitteln erfolgt, kann in der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, wobei das Thiophenol zu dem nicht flüchtigen Diphenyldisulfid umgesetzt wird, das bei der Destillation als Rückstand zurückbleibt. With the help of this device it is also possible to produce sulfur from organic Remove products, e.g. B. from phenol, the volatile from the contained therein Thiophenol needs to be purified. This oxidation, which with air or otherwise Oxidizing means takes place, can be carried out in the device described above the thiophenol converted to the non-volatile diphenyl disulfide which remains as a residue during the distillation.

In den nachstehenden Beispielen werden einige Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. In the examples below, some applications of the invention Device described.

Beispiel I In einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 bzw. 3 wurde Glyzerin gereinigt. Es wurde eine kleine Vorrichtung mit sieben Reaktionsräumen von je 150 1 Fassungsvermögen angewandt. Das Glyzerin wurde in den ersten Raum mit einer Geschwindigkeit von 0,I 1 je Liter Reaktionsraum je Stunde eingeführt und in den Reaktionsräumen eine Temperatur von etwa 3000 eingehalten, während die Temperatur am oberen Ende des Rückflußkühlers 2500 betrug. Example I In a device according to FIG. 2 or 3, glycerine cleaned. It became a small device with seven reaction chambers of 150 each 1 capacity applied. The glycerin was in the first room at a rate of 0.1 I 1 per liter of reaction space per hour and introduced into the reaction spaces a temperature of about 3000 is maintained, while the temperature is at the upper end of the reflux condenser was 2500.

Die Verweilzeit des Glyzerins in der Vorrichtung belief sich auf etwa 12 Stunden. Das kontinuierlich abgeführte dunkelbraun gefärbte Glyzerin wurde einer Destillationsvorrichtung zugeleitet und kontinuierlich darin destilliert, wobei sich ein dunkel gefärbter Rückstand absonderte. Das destillierte Glyzerin war nicht gefärbt, und es stellte sich auch bei mehrstündigem Erhitzen auf 2500 keine Verfärbung ein. The residence time of the glycerine in the device was about 12 hours. The continuously discharged dark brown colored glycerine was fed to a distillation device and continuously distilled therein, a dark colored residue separated out. The distilled glycerine was not colored, and it turned to 2500 even when heated for several hours no discoloration.

Beispiel 2 In einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 bzw. 5 wurde Phthalsäureanhydrid gereinigt. Die angewandte Vorrichtung bestand aus sechs durch Wände voneinander getrennten Reaktionsräumen von je 150 1 Fassungsvermögen. Es wurde nun dem ersten Raum kontinuierlich geschmolzenes Phthalsäureanhydrid über den Rückflußkühler zugeleitet, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 0,2 1 je Liter Reaktionsraum je- Stunde. Mit gleicher Geschwindigkeit wurde das Reaktionsprodukt aus dem letzten Reaktionsraum abgeführt. Example 2 In a device according to FIGS. 4 and 5, phthalic anhydride was used cleaned. The device used consisted of six walls separated from each other separate reaction rooms with a capacity of 150 liters each. It was now the first Room continuously fed molten phthalic anhydride via the reflux condenser, at a rate of 0.2 1 per liter of reaction space per hour. The reaction product from the last reaction space was released at the same rate discharged.

Um die Wirkungsweise dieser Vorrichtung praktisch zu erproben, wurde reines Phthalsäureanhydrid, dem je 100 Gewichtsteile 1 Gewichtsteil Naphthochinon und 2 Gewichtsteile Maleinsäureanhydrid zugefügt wurde, als Ausgangsprodukt verwendet. In order to test the effectiveness of this device in practice, was pure phthalic anhydride, with 1 part by weight of naphthoquinone per 100 parts by weight and 2 parts by weight of maleic anhydride was added, used as the starting product.

Es wurde in den Reaktionsräumen eine Temperatur von 2840 eingehalten, während die Temperatur am oberen Ende des Rückflußkühlers I550 betrug. Die Verweilzeit der Reaktionsflüssigkeit in der Vorrichtung belief sich auf etwa 6 Stunden. A temperature of 2840 was maintained in the reaction rooms, while the temperature at the top of the reflux condenser was 1550. The dwell time the reaction liquid in the device was about 6 hours.

Die aus dem letzten Reaktionsraum abgeführte Flüssigkeit wurde einer Destillationsvorrichtung zugeleitet und kontinuierlich destilliert, wobei reinweißes Phthalsäureanhydrid (Erstarrungspunkt I3I,30) erhalten wurde, das kein Naphthochinon enthielt und einen Maleinsäureanhydridgehalt von weniger als o,oIO/o aufwies. The liquid discharged from the last reaction space became one Distillation device fed and continuously distilled, being pure white Phthalic anhydride (freezing point I3I, 30) was obtained which does not contain naphthoquinone and had a maleic anhydride content of less than o, oIO / o.

Dieselben Ergebnisse erhielt man bei einem anderen Versuch, bei dem als Ausgangsstoff ein Phthalsäureanhydrid angewandt wurde, dem je 100 Gewichtsteile 3 Gewichtsteile Naphthochinon und 6 Gewichtsteile Maleinsäureanhydrid zugefügt wurden. The same results were obtained in another experiment in which a phthalic anhydride was used as the starting material, each 100 parts by weight 3 parts by weight of naphthoquinone and 6 parts by weight of maleic anhydride were added.

Beispiel 3 In einer Vorrichtung, wie sie auch im Beispiel 2 angewandt wurde, wurde Phenol gereinigt, das 0,30/0 Schwefel enthielt. Dabei wurde das geschmolzene Phenol zusammen mit Luft in den ersten Reaktionsraum geleitet. Example 3 In a device as also used in Example 2 phenol containing 0.30 / 0 sulfur was purified. In doing so, the melted Phenol passed into the first reaction chamber together with air.

Zufuhrgeschwindigkeit und Verweilzeit des Phenols entsprachen etwa denen im Beispiel 2. In den Reaktionsräumen wurde eine Temperatur von 182 bis 1850 und am oberen Ende des Rückflußkühlers eine Temperatur von 80 bis go0 eingehalten. Das Reaktionsprodukt wurde anschließend kontinuierlich destilliert, wobei Phenol, das weniger als 0,003 ovo Schwefel enthielt, erhalten wurde. pATENTANSPR0CHE: I. Vorrichtung zur kontinuierlichen D-rchführung von Reaktionen unter Rückflußkühlung in mehreren hintereinandergeschalteten Reaktionsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Reaktionsraum mit einer Dampfableitung an einen gemeinsamen Rückflußkühler, dessen Rückflußleitung mit dem ersten Reaktionsraum der Reihe in Verbindung steht, angeschlossen ist. The feed rate and residence time of the phenol were approximately the same those in Example 2. In the reaction chambers, a temperature of 182 to 1850 and at the upper end of the reflux condenser a temperature of 80 to go0 was maintained. The reaction product was then continuously distilled, with phenol, containing less than 0.003 ovo of sulfur was obtained. PATENT CLAIMS: I. Device for the continuous execution of reactions under reflux cooling in several reaction rooms connected in series, characterized in that that each reaction space with a vapor discharge to a common reflux condenser, whose reflux line is in communication with the first reaction chamber in the series, connected.

Claims

2. Apparatus according to claim I, characterized in that the series the reaction spaces are formed by partition walls within a larger room, whereby through openings in the partition walls above and below the liquid level there is a connection between the individual cells.