PL156353B1 - Reaktor wielosekcyjny poziomy do utleniania tlenowych pochodnych cykloheksanu kwasem azotowym - Google Patents

Abstract

1. Reaktor wielosekcyjny poziomy do utlenia nia tlenowych pochodnych cykloheksanu kwasem azotowym, znamienny tym, że składa się z części reakcyjnej (2), do której doprowadzany jest surowiec do każdej jej sekcji osobno oraz z części (3), do której surowiec organiczny nie jest dostarczany i w której reakcja dobiega do końca z tym, że w każdej sekcji (6) części, do której doprowadzany jest surowiec organiczny, a które to sekcje oddzielone są jedna od drugiej przegrodą (4) znajduje się zwężający się ku dołowi konfuzor (9) zaopatrzony w dolnej swej części w mieszadło (8) wymuszające osiowo cyrkulację cieczy z góry do dołu oraz umieszczony poniżej dolnej krawędzi stożka przewód (11), korzystnie w postaci dyszy z wylotem skierowanym ku górze, doprowadzający surowiec organiczny, przy czym u górnej krawędzi konfuzora (9) usytuowane są dwa pionowe płaskowniki (10) występujące ponad lustro cieczy i zbierające tę ciecz od ściany reaktora kierując ją do górnego otworu konfuzora (9).

Description

Przedmiotem wynalazku jest wielosekcyjny, poziomy reaktor do utleniania kwasem azotowym tlenowych pochodnych cykloheksanu, takich jak: cykloheksanol, cykloheksanon lub mieszanina tych związków.

Katalityczne utlenianie tlenowych pochodnych cykloheksanu kwasem azotowym prowadzi się zwykle w celu otrzymania kwasu adyo mowego·, który jest głównym serowcem, do produkcji nylonu 66 j plastyfikatora PCW poliestóów i innychi. Wedłu^{g d}anyc^h VAN ASSELT*a i VAN KREVELN’a /Chem. Eng. Sci.. Vol 18, 471 /1963/ utlenianie cykloheksanolu i cykloheksanonu przedstawia schemat na fig.3. Schemat wyjaśnia czynniki decydujące o pożądanym, czyli prowadzącym do kwasu adypinowego, przebiegu procesu. Tymi czynnikami są: odpowiednie stężenia kwasu azotowego oraz temperatura rlakcJi. Optymalne stężenie kwasu azotowego mieści się w granicach 45-6C%, a o^ptymalna temperaturo w ^granicac^{h 6}°-90°C. Dla w:a^ści«e^{j k}onstrukcji reaktora istotne znaczenie maję dane na temat szybkości reakcji chemicznych w nim przebiegających.

Przemiany cykloheksanolu i cykloheksanonu w kwas adyponitrooowy są bardzo szybkie i towarzyszy im wydzielanie znacznych ilości cupła, natomiast reakcja kwasu adypionit fooowego do kwasu adypinowego przebiega wolniej i towarzyszy jej stosunkowo niewielki efekt cieplny.

Tak wiąc ze względu na występowania szybkich egzotermicznych reakcji zasadnicze znaczenie dle prawidCowego przebiegu procesu ma szybkie i równomierne rozprowadzenie surowca organicznego w roztworze kwasu azotowego celem uniknięcia miejscowych przegrzań oraz spadków stężenia tego kwasu. Spełnienie tego warunku utrudniają duże różnice gęstości i lepkości strumeni występujących w procesie. Prowldtową realizację procesu utrudniają dodatkowo znaczne ilości gazów, głównie tanków azotu powstajęcych w wyniku reakcji kwasu azotowego, które podczas intensywnego mieszania reagujących cieczy mogę wytworzyć pianę.

156 353

Celem ograniczenia udziału niekorzystnych reakcji ubocznych ważne jest wyeliminowanie zjawisk meszania wstecznego pośrednich produktów szybkich reakcci chemicznych ze świeżym surowcem. W tym celu przemysłowe procesy utleniania kwasem azotowym teenowych pochodnych cykloheksanu prowadzi się zwykle w dwu lub trójstppniowych kaskadach pionowych, cylindrycznych zbiornkków wyposażonych w mieszadła meh^niczna oraz wężownice chłodzące do odbioru ciepła reakcji.. Znane są również dwu lub wielosekcyjne poziome reaktory, wyposażone wewnątrz w chłodzone wodą wkłady rurowe. Do tych reaktorów surowiec organiczny jest wprowadzany za pomocą perf^cnowanych przewodów umieszczonych pod wkładami chłodzącymi /F.Hearfield. The Chemical Engineer Nr 361, 625 /1580/. Łączenie pojedyńczych reaktorów w baterie za pomocą rurocąągów przelewowych o dużych średnicach wymaga Jednak dużej powierzchni zabudowy i zużycia znacznych Hości drogich majerlałóo konstrukcyjnych i stwarza problem mieszanin cieczowogazowych /pienienie/. Koszt takiego układu reakcyjnego jest duży i wzrasta ze wzrostem liczby stopni kaskady. Wybór liczby stopni reakcj musi wiąc stanowić kom^ro^^s miądzy wielkością kosztów inwestycyjnych a wyrnaaaniami selektywności procesu.

Niekorzystny w przypadku reaktorów pionowych stosunek powierzchni lustra cieczy do objątości reaktora utrudnia oddzielenie powstających gazów od reagujących cieczy. Ograniczenie to w przypadku omawianego procesu jest bardzo istotne, gdyż przy niewystarczającym mieszaniu nastąpują liajscooa przegrzania i spadki stążenia kwasu azotowego, co w konsekNem^ sprzyja nasileniu niekorzystnych reskeci ubocznych powodując obniżenie wydajności kwasu adypinowego. Poziome reaktory składają sią z jednego naczynia zaopatrzonego w przegrody tworzące rodzaj labiryntu wydłużającego drogą cieczy, przez co ogranicza się zwrotne mieszanie cieczy, Osiąga sią wiąc efekt zbliżony w pewnym stopniu do baterii reaktorów, jednak poważną wadą takich reaktorów jest sposób odbioru ciepła za pomocą chłodzonych wodą wewonąrznych wkładów rurowych. Takie rozwiązanie praktycznie uniemUiwia wyko rzys tanie ciepła reakcj a naprążenia termiczne wystąpujtce w chłodzących wkładach rurowych oraz silnie korozyjne środowisko powodują awarie i konieczność cząstej wymiany tych elementów.

W innych rozwiązaniach konstrukcyjnych reaktorów utlenienia jenowych pochodnych cykloheksanu np. w rozwiązaniu według patentu nr 85 398 stosuje sią zewnętrzny odbiór ciepła w urządzeniach znajdujących sią poza reaktorem. Rozwiązanie takie łączy sią Jednak z koniecznością stosowania bardzo dużego obiegu kwasu azotowego aby mógł on pochłonąć ciepło reakcj przy nίewillklm wzroście temperatury w reaktorze. Duże natążenie przepływu kwasu azotowego stwarza problem wysokiego spiątrzenia cieczy nad przegrodami oddzielającymi poszczególne sekcje reaktora. Problem ten stosunkowo ławwo można rozwiązać w reaktorze o konstrukcj pionowej, jednak jak wykazano wyżej niekorzystny stosunek powierzchni lustra cieczy do pojemności roboczej takiego reaktora, stanowi powazną wadą tej konssrukkci. W klasycznych reaktorach l^abiLynnoowych, poziomych zbyt duże spiątrzenie kwasu grozi przep^Nem cieczy ponad przegrodami z pominląilθl poszczególnych sekcj reaktora. Zabezpieczenie przed tym zjawiskiem wiąże sią z koniecznością stosowania podwójnych a nawet potrójnych przegród poprzecznych, co w znacznym stopniu kunmlikuje konstrukcje i zwiąksza koszt wykonania reaktora. Niedogodności tych pozwala uniknąć konstrukcja według niniesszego wynalazku, w której udało się optymalnie rozwiązać zagadnienia szybkiego i dokładnego oymleszania surowca organicznego z dużym strumieniem obiegowego kwasu azotowego, eliminując miejscowe przegrzania i spadki stążinlj oraz ograniczając niebezpieczeństwo przedostania sią poza wyznaczone strefy substratów ąielrziΓiag^anych w odpowiednim stopniu. Przez odpowiednie ukierunkowanie strumieni udało sią także stworzyć dogodne warunki dla oddzielenia gazów od reagujących cieczy.

Reaktor według wynalazku składa sią z usytuowanej plsiolo cylnodrycznej obudowy, podzielonej wewnntrz na szereg sekcci, pojidyńisyll specialnii uksztal^wanymi przegrodami przelewowymi. Wnę^ze reaktora obejmuje cząść reakcyjną do której doprowadzany Jest surowiec organiczny i w której przebiegają szybkie reakcje chemiczne oraz cząść uspakaJaJąca. W tej drugiej cząści przebiegają do końca powolne reakcje kwasu jdyponltrolowegl do kwasu adypinowego i nastą^je oddzielenie reszty zawieszonych w cieczy gazów poreakcyjnych. W każdej sekcj cząści

156 353 reakcyjnej znajduje się mieszadło mechaniczne, najkorzystniej śmcłowe, umieszczone w stożkowym konfuzorze, w celu wywołania intensywnego przepływu cieczy z góry w dół. Pod dolnę krawędzię konfuzora jest umieszczone doprowadzenie surowca organicznego, korzystnie w postaci dyszy. Taka konfiguracja elementów powoduje, ze szybkie wysoce egzotermiczne reakcje przebiegają w strefie ineenswmego mieszania dużego strumienia obiegowego kwasu azotowego /wymuszony przez mieszadło z konfuzorern obieg wewnntrzny/ z sui^i^wt^f^m organicznym, którego strumień może być regulowany. Strefa reakcji znajduje się poniżej i na zewnątrz konfuzora. iwyzie^jące się gazy, dzięki korzysmemu kształtowi przestrzeni zawartej pomiędzy ścianami zbiornika i konfuzorem w sposób naturalny oddzielają się od cieczy, a ta część kwasu która wraca do konfuzora nie zawiera już gazu, nie występuje więc niebezpieczeństwo powstania piany.

Przegrody oddzielające sekcje części reakcyjnej- sę specjalnie ukształtowane w celu spełnienia dwóch funkcji: część dolna przagrocy w formie płaskiej pionowej ściany eliminuje mieszanie wsteczne pomiędzy poszczególnymi sekcjami, ponad górnę krawędzię tej części przegrody ciecz reakcyjna przelewa się do następnej sekeci. Aby zapobiec przepływowi cieczy z pomilięctβm strefy reakcJi, część przegrody powyżej krawędzi przelewowej Jest ukształtowana w postaci dwóch pionowych płaskowników odgiętych od płaszczyzny przegrody, które przylegając stycznie do górnej krawędzi konfuzora kierują przelewającę się ciecz wprost do górnego otworu konfuzora. W przeciwieństwie do części reakcyjnej, część uspokajająca nie zawiera elementów mieszających, a przegrody w tej części maję formę płaskich, pionowych segmentów ściany, ukształtowanyca w taki sposób, aby zapewnić spokojny przepływ cieczy i gazów. Przegrody te tworzę labirynt, dzięki czemu uzyskuje się przepływ cieczy zbliżony do dokowego, co sprzyja doprowadzeniu do końca pozostałych ΓtakcJi chemicznych występujących w procesie. Znacznie mniejsza burzlówość przepływu w tej części reaktora zapewnia pełne oddzielenie gazów powstających podczas reskeci od strumienia cieczy.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na któyym na figurze 1 pokazano reaktor w przekroju piolowymm-_o0łuznie, a na figurze 2 ten sam reaktor w przekroju poziomym.

Reaktor składa się z cjlnndjJZznego korpusu 1 obejmujęcego część reakcyjnę 2 oraz część uspokajającą 3. Wnętrze reaktora za pomocę przegród 4 i 5 Jest podzielone na szereg sekeci. Sekcje tworzęce część reakcyjnę sę wyposażone w mieszadła mechaniczne umieszczone w stożkowych kon^zonach 9. Sekcje 6 sę oddzielone przegrodami 4 zakończonymi u góry pionowymi płaskownikami 10, kierującymi ciecz do konfuzora następnej sekcJi. Surowiec organiczny jest doprowadzany przewodami zakończonymi dyszami 11. Kwas azotowy wprowadzany króćcem 12 przepływa kolejno przez sekcje 6 części 2, a następnie niosęc produkty organiczne przepływa do części uspakajajęcej 3.

W części 3 znajdują się przegrody segmentowe 5, rozmieszczone w sposób urnooliwiajęcy swobodny przepływ gazów i cieczy. Przegrody 5 dzielą część 3 na szereg sokcji 7, tworzęc rodzaj labiryntu wydłużającego drogę przepływu cieczy. Gazy wytworzone w wyniku rtakcJi opuszczaję reaktor króćcem 13. a kwas azotowy w którym rozpuszczone sę organiczne produkty reakcJi, kwas adypinowy i inne kwasy dwukarboksylowe oraz pozostałe produkty Jak odprowadzany z reaktora przez króciec odpływowy 14.

156 353 r ^^⁰ΗΝ02 ζ^ΗΝΟρ ^H2° ^Ο^™™”/ '^N° 'Ζχ/λΑο/ζΟΛΛΛ/ αλμ 2 cykioheksanol cykloheksanon

HNOwys

NO temp.

małe stęi.HNOj oh niska temp. ’ kwasy bursztynowy glutanowy t inne kwasy dwu karboksylowe

Fig. 3

Fig. 2

156 353

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Reaktor wielosekcyjny poziomy dt utleniania tlenowych pochodnych cykloheksanu kwasem azotowym, znamienny tym, ze składa się z części reakcyjnej /2/ do której doprowadzany jest surowiec do każdej jej sekcji osobno oraz z części /3/ do której surowiec organiczny nie jest dostarczany i w której reakcja dobiega do końca z tym, że w każdej sekcji /6/ części do której doprowadzany jest surowiec organiczny, a które to sekcje oddzielone sę jedna od drugiej przegrodę /4/ znajduje się zwężajęcy się ku dołowi konfuzor /9/ zaopatrzony w dolnej swe;) części w mieszadło /8/ wymussajęce osl^t^wo cyrkulację cieczy z góry do dołu oraz umieszczony poniżej dolnej krawędzi stożka przewód /11/, korzystnie w postaci dyszy z wylotem skierowanym ku górze, doprowadzający surowiec organiczny, przy czym u górnej krawędzi konfuzora /9/ usytuowane sę dwa pionowe płaskowniki /10/ występujące ponad lustro cieczy i zbierające tę ciecz od ściany reaktora kierując Ję do górnego otworu konfuzora /9/.
2. 2. Reaktor według zastrz.l, znamienny tym, ze stosunek powierzchni Przekroju sek^i w części /2/ do powierzchni górnego przekroju konfuzora /9/ wynosi od 3 do 12.
3. 3. Reaktor według zastrz.l albo 2, znamienny tym, że część /3/ do której nie jest doprowadzany surowiec organiczny podzielona jest przegrodami /5/ prostopadłymi do osi reaktora, przy czym co druga przegroda dochodzi do dna reaktora, a co druga pozostawia wolną przestrzeń między jej dolną krawędzię a dnem reaktora, wychodząc równocześnie swę górną krawędzię ponad poziom cieczy.