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Verfahren zur Durchführung chemischer Umsetzungen
Bei der Durchführung
chemischer Umsetzungen werden vielfach die verwendeten Reaktionsgefäße duroh die
Ausgangsstoffe Oder auch durch die Reaktionprodukte angegriffen. Um dies zu vermeiden,
überzieht man vielfach die Wandungen der Reaktionsgefaße mit einem korrosionsfesten
Werk-Stoff oder man stellt das ganze Reaktionsgefäß aus einem solchen her.
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Es ist ferner bekannt, zum Schutz der Außenwand eines Reaktionsgefäßes
gegen den Angriff durch Luft oder durch Säuren das Gefäß mit einem Mantel zu umgeben
und durch den Zwischenraum zwischen diesem und dem Reaktionsgefäß ein inertes Gas
oder eine inerte Flüssigkeit strömen zu lassen.
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Man hat auch schon vorgeschlagen, in das Re aktionsgefäß einen Einsatz
aus korrosionsfestem Werkstoff lose einzubringen und dafür zu sorgen, daß die korrodierenden
Stoffe die Wand des R aktionsgefäßes selbst nicht berühren können. Solche Einsätze
können jedoch die Korrosionsgefahr nur dann verhindern, wenn es sich um Umsetzungen
handelt, bei denen gegen Ende der Reaktion keine korrodierend wirkenden Stoffe mehr
vorhanden oder diese so verdünnt sind, daß sie die Wand des Reaktionsgefäßes nicht
mehr angreifen.
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Es wurde nun gefunden, daß man anch solche Reaktionen,- - bei denen
Stoffe entstehen, die stark korrodierende Eigenschaften haben, in Realçtion.sgefäßen
durchführen kann, in denen sich ein offener Einsatz befindet, in dem die Umsetzung
erfolgt, wenn man den Raum zwischen dem Einsatz und der inneren Wand des Reaktionsgefäßes
mit einer Flüssigkeiat, spült. Man verwendet dabei zweckmäßig solche inerten Stoffe,
deren Vermischung mit den Reaktionsprodukten keine Störungen bringt, möglichst Stoffe,
die bei dem Verfahren selbst als Nebenprodukte gebildet werden.
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Es ist zwar bekannt, bei katalytischen, exothermen Reaktionen die
Rohrleitung für die umzusetzenden Gase von den Reaktionsgasen umströmen zu lassen,
dabei handelt es sich jedoch nur um einen Wärmeaustausch, wobei ein Korrosionsschutz,
z. B. wenn angreifende Gase, wie Wasserstoff, an der Reaktion teilnehmen, nicht
gegeben ist. Im Glegensatz hierzu wird nach dem Verfahren nach der Erfindung die
Innenseite eines Reaktionsgefäßes gegen die korrodierende Einwirkung von Ausgangs
stoffen oder Reaktionsprodukten dadurch geschützt, daß ein flüssiges Medium die
Innenwand des Reaktionsgefäßes derart bespült, daß eine Einwirkung von Ausgangsstoff
oder flüssigem Produkt auf diese Wand verhindert wird.
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Die leicht auswechselbaren Einsätze werden zweckmäßig aus korrosionsfestem
Material hergestellt, z. B. aus Edelstählen, Kupfer, Silber, Platin, Titan, Tantal,
Silicium, Glas, Porzellan oder anderen keramischen Stoffen. Sie können auch emailliert
sein oder aus Kunststoffen bestehen oder damit überzogen sein.
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Die Größe und Form der Einsätze richtet sich nach dem zu schützenden
Reaktionsgefäß. Der Durchmesser wird so gewählt, daß zwischen dem Einsatz und der
Innenwand des Reakticnsraumes ein genügender Zwischenranm bleibt, durch den das
Spülmittel geführt wird. Der für die Reaktion zur Verfügung stehende Raum im Inneren
des Ein- -satzes ist größer als der Zwischenraum zwischen Gefäßwand und Einsatz,
z. B. etwa dreimal so groß oder größer, z. B. zwanzigmal so groß.
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Der Einsatz kann unten mit einem Boden versehen sein, durch den die
Zuführungsrohre für die Ausgangsstoffe und gegebenenfalls die Rohre für die Entnahme
der Produkte geführt werden. Man kann rohrförmige Einsätze auch unmittelbar mit
dem Boden des Reaktionsgefäßes dicht verbinden Eine besonders sorgfältige Dichtung
ist an dieser Stelle nicht erforderlich, da gegebenenfalls austretende geringe Mengen
der umzusetzenden Stoffe oder der Reaktionsprodukte in dem Zwilschenraum sofort
mit großen Mengen Spülmittel verdünnt werden und dadurch nicht mehr korrodierend
wirken können. Der Einsatz braucht nicht bis an den Kopf des Reaktionsgefäßes heranzureichen,
da dieser Teil in der Regel nur gas- oder dampfförmigen Stoffen ausgesetzt ist und
die Korrosionsgefahr dabei im allgemeinen gering ist Man kann jedoch auch in diesem
Teil, wenn es nötig ist, noch einen Korrosionsschutz anbringen, z. B. durch einen
Mantel aus korrosionsfestem Werkstoff, der verhindert, daß das Reaktionsgefäß mit
den im Einsatz enthaltenen Flüssigkeiten bespritzt wird.
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Der Raum zwischen dem Einsatz und der inneren Gefäßwand kann mit
porösen Stoffen, z. B.
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Bimsstein, ausgefüllt werden. Man kann auch auf die Innenwand des
Reaktionsgefäßes eine poröse Masse auftragen, die an der Innenseite z. B. durch
eine Glasur gas- und flüssigkeitsdicht gemacht wird. Auf diese Weise entsteht ein
Einsatz, der von der Innenwand des Reaktionsgefäßes durch eine poröse Masse getrennt
ist, durch die die Spülflüssigkeit geführt werden kann.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung seien an Hand der
Zeichnung erläutert. In das zylindrische Gefäß 1 (Abb. 1) aus druckfestem Stahl
wird ein zylindrisches Rohr 2, Z. B. aus Pofzellan, mit etwas geringerem Durchmesser
eingebracht, mit Verstrebungen (nicht dargestellt) im Reaktionsgefäß festgehalten
und mit dem Boden des Reaktionsgefäßes dicht verbunden. Durch die Leitung 3 wird
das Gemisch der Ausgangsstoffe zugeführt. Das Saugrohr 5, das zum Autsbringen der
Reaktionsprodukte dient, sorgt für einen solchen Stand der Flüssigkeit im Einsatz,
daß die Benetzung des obersten Teiles des Reaktionsgefäßes 1 mit korrodierenden
Flüssigkeiten vermieden wird.
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Durch die Leitung 6 wird eine Spülflüssigkeit in den Zwischenraum
zwischen dem Einsatz 2 und dem Reaktionsgefäß 1 eingebracht. Diese Flüssigkeit schützt
die Wand des Druckgefäßes und fließt über das obere Ende in den vom Einsatz gebildeten
Reakbionsraum, aus dem sie durch das Saugrohr 5 zusammen mit den Reaktionsprodukten
abgezogen wird. Durch die Leitung 4 wird gegebenenfalls an der Reaktion teilnehmendes
Gas in das Umsetzungsgefäß geführt.
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Eine andere Ausfuhfungsfofm ist in Abb. 2 dargestellt. Die Spülflüslsigkeit,
die durch Leitung 6 eintritt, wird im oberen Teil des Reaktionsgefäßes abgezogen
und im Kreislauf dem Zwischenraum zwischen Reaktionsgefäß und Einsatz wieder zugeführt.
Die Entfernung der Reaktionsprodukte und gegebenenfalls. übergetretener kleiner
Mengen von Spülflüssigkeit geschieht durch das Rohr 5.
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Eine weitere Ausführungsform zeigt Abb. 3. In diesem Fall werden
nicht korrodierende flüssige Ausgangsstoffe ohne Katalysator, also in einem Zustand,
in dem sienicht unterBildungkorrodieren. der Stoffe miteinander reagieren können,
durch Leitung 6 als Spülflüssigkeit in den Zwischenraum zwischen Einsatz und Reaktionsgefäß
eingeführt und fließen am oben Ende des Einsatzes in den Reaktion,sraum über. An
dieser Stelle wird durch Leitung 7 Katalysator zugesetzt, so daß die Reaktion eintreten
kann. Die Produkte werden am unteren Ende des Gefäßes entnommen. Bei der Umsetzung
entstehende Gase werden durch die Leitung 8 abgeführt.
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Bei. allen sdiieseni Ausfühirungsformen ist es vorteilhaft, wenn
wenigstens ein kleiner Teil der Spülflüssigkeit oben in den Einsatz gelangt, so
daß das Austreten von Reaktionspirodukten oder
Ausgangsstoffen aus
diesem Raum vermieden wird.
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Man kann die umzusetzenden Flüssigkeiten auch mit Hilfe eines Rohres
von oben in den Einsatz einbringenl, wobei. gasförmige Reaktionstei lnehmer im Gegenstrom
geführt werden können. Das Reaktionsprodukt wird unten aus dem Ofen mit Hilfe eines
Siphons. abgezogen, der für eine bestimmte Standhöhe im Einsatz Sorgt. Das Spülmittel
durchströmt den Raum zwischen Reaktionsgefäßwand und Einsatz von unten nach oben
und verhindert durch tSberlaufen in den Einsatz im oberen Teil des Reaktionsgefäßes
das Überspritzen und Uberschäumen korrodierender Flüssigkeiten.
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Das Verfahren eignet sich für eine große Zahl von chemischen Umsetzungen,
so z. B. für die sogenannte Oxoreaktion zwischen Kohlenoxyd, Olefinen und Wasserstoff,
für die Gewinnung von Carbonsäuren durch Umsetzung von Kohlenoxyd mit Olefinen und
Wasser oder für die Einwirkung von .Kohlenoxyd auf Alkohole oder Äther. Es ist besonders
nützlich bei der Herstellung von Essigsäure auf einem der genannten Wege, da diese
Säure bekanntlich die Reaktionsgefäße stark angreift. Als. Spülmittel kommen dabei
z. B. Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Cyclohexan, Benzin oder Tetrahydronaphthalin,
in Frage. Auch die bei der Essigsäureherstellung entstehenden Zwischenprodukte,
z. B. Essigsäuremethyllester, sind als Spülmittel für den Ringraum geeignet.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist es, daß der Einsatz leicht
auswechselbar ist, so daß auch Werkstoffe für ihn verwendet werden können, die nur
eine beschränkte Korrosions festigkeit haben.
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Durch fortwährende analytische Kontrolle der Spülflüssigkeit ist es
bei dem Verfahren ohne weiteres möglich, eine Undichtigkeit am Einsatz sofort zu
erkennen und den Schaden durch Auswechseln des Einsatzes zu beheben, bevor ein schädlicher
Angriff auf die Wand des Reaktionsgefäßes möglich ist. Die Betriebssicherheit, insbesondere
bei Verfahren, die unter hohem Druck durchgeführt werden, ist dadurch stark erhöht.