PL179364B1

PL179364B1 - Sposób i reaktor chemiczny do wytwarzania chlorku allilu PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL179364B1
Application number: PL95317935A
Authority: PL
Inventors: Paul M Ayoub; Jean Ch Ginestra
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1994-06-25
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 2000-08-31
Also published as: CN1086309C; CA2193835C; CA2193835A1; AU2886495A; ES2115388T3; EP0767704B1; CN1151126A; PL317935A1; WO1996000126A1; JPH10502014A; KR970703809A; EP0767704A1; US5518700A; TW284703B; DE69502284T2; KR100383023B1; DE69502284D1

Abstract

1. Sposób wytwarzania chlorku allilu wykorzystujacy specjalnie skonstruowany reaktor, znamienny tym, ze naj- pierw do reaktora, równolegle do jego osi centralnej, wpro- wadza sie chlor a nastepnie, stycznie wtryskuje sie propylen do rozpylonego chloru, wytwarzajac cyklonowy charakter mieszaniny propylenu i chloru, po czym odprowadza sie wytworzony chlorek allilu. 2. Reaktor chemiczny do wytwarzania chlorku allilu zawierajacy zbiornik reakcyjny i przynajmniej urzadzenia wprowadzajace do strefy reakcyjnej posiadajace przynaj- mniej dwa krance, przy czym urzadzenia wprowadzajace do strefy reakcyjnej sa polaczone jednym krancem ze zródlem substratów, a drugim krancem z wnetrzem zbiornika rea- kcyjnego oraz przynajmniej jedna dysze wtryskowa polaczona ze zródlem substratu, która jest zabudowana wewnatrz zbiornika reakcyjnego z trójwymiarowym przeplywem substratów, oraz posiada dobrze wymieszana strefe reakcyjna wewnatrz zbiornika reakcyjnego, w której substraty sa mieszane, i wylot posiadajacy dwa krance, przy czym jeden kraniec pozostaje w kontakcie z wnetrzem zbio- rnika reakcyjnego, a drugi kraniec pozostaje w kontakcie z przestrzenia na zewnatrz zbiornika reakcyjnego, znamien- ny tym, ze urzadzenia wprowadzajace (2, 3) do strefy rea- kcyjnej posiadaja przynajmniej dwa wloty (2) reaktora oraz urzadzenia rozpryskujace (3), które sa przymocowane do wlotów (2) reaktora, przy czym urzadzenia rozpryskujace (3) stanowia kraniec urzadzen wprowadzajacych do strefy reakcyjnej polaczony z wnetrzem zbiornika ................... FIG. 1 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i reaktor chemiczny do wytwarzania chlorku allilu.

Zapewnienie optymalnego fizycznego kontaktu pomiędzy oddziaływującymi na siebie składnikami może się znaleźć pośród najtrudniejszych wyzwań jakie pojawiają się przy

179 364 projektowaniu reaktorów chemicznych. Jeśli kontakt ten nie jest właściwy, wiele niepożądanych produktów ubocznych, oraz przemieszczanie się nie związanych substratów reakcji, może poważnie obniżyć efektywność ekonomiczną układu. Objętość obszaru w którym zachodzi reakcja, typ reaktora (to jest, wsadowy, z przepływem tłokowym, o zbiorniku z mieszadłem, lub kombinacji powyższych), skutki termiczne, mechanizm reakcji, substraty reakcji, dyfuzja produktu, skutki ciśnieniowe, oraz inne czynniki muszą być brane pod uwagę przy wyborze lub wytwarzaniu reaktora najlepiej pasującego do użycia przy określonej reakcji.

Oczywiście natura reakcji, która ma zachodzić w reaktorze, ma wielkie znaczenie przy wyborze reaktora. Jeśli mechanizm reakcji polega na biomolekulamych zderzeniach małych cząstek, wszystko co jest konieczne to kontakt pomiędzy dwoma składnikami o odpowiednim stanie energetycznym, który wprowadza duże prawdopodobieństwo wystąpienia wiązania. Utrzymywanie substratów reakcji wewnątrz reaktora przez określony czas, może okazać się niezbędne do zwiększenia procentu zderzeń atomowych lub cząsteczkowych. Jednakże, jeśli jeden lub kilka z substratów reakcji jest zdolny do łączenia się w kilku miejscach, dłuższy okres czasu może spowodować powstawanie wielu produktów ubocznych. Sytuacja taka może wystąpić, na przykład, gdy jako substraty reakcji użyte są dwuolefiny. Tak więc występuje pewna równowaga pomiędzy osiągnięciem całkowitej reakcji, a niewłaściwym połączeniem substratów reakcji w wyniku przedłużającego się czasu trwania reakcji. Kinetyka reakcji, które polegaj ą nie tylko na prostych zderzeniach cząstek, jest znacznie bardziej złożona i wnosi odpowiedni wkład do czynników, które należy rozważyć.

Wymieszanie wtórne jest kolejnym zjawiskiem, które może mieć wpływ na dalsze reakcje produktu wytworzonego w reaktorze. Wymieszanie wtórne jest to wymieszanie cząsteczek, lub półproduktów, które są obecne wewnątrz reaktora przez określony odcinek czasu, wraz z cząsteczkami lub półproduktami które znajdowały się w reaktorze krócej. Stopień wymieszania wtórnego, które miało miejsce jest uzależniony od geometrii i typu reaktora, dynamiki płynów, oraz innych czynników określających działanie reaktora, jak te przytoczone powyżej.

W zastosowaniach komercyjnych, aspekt ekonomiczny konkretnego projektu ma znaczenie decydujące. Czynniki te zawierają teoretyczną wydajność, reakcje uboczne, przepływ procesu. Każdy proces w porównaniu z oczekiwaną reakcją będzie wnosił straty wartości lub zwiększenie kosztów, w związku z recyrkulacją nie biorących udziału w reakcji składników, oraz oddzieleniem i obróbką produktów ubocznych. Mogą wystąpić także inne koszty, takie jak koszt zwiększonej obsługi sprzętu w związku z takimi problemami jak zanieczyszczenie koksem.

Wiadomo, że projektowanie komercyjnych reaktorów chemicznych nie jest procedurą ściśle teoretyczną. Na przykład, niektórzy rozpoczynają ten proces od rozważenia typu reaktora (na przykład pod względem kinetyki reakcji), wymagań katalitycznych, zaangażowanych faz, temperatury i efektów ciśnieniowych występujących podczas reakcji, wymagań produkcji, efektów wymiany ciepła i transportu masy występujących podczas reakcji, traktując inne czynniki, takie jak na przykład korozja zbiornika reaktora i zjawiska jemu podobne, jako drugoplanowe. Wtedy wybierany jest idealny reaktor, który wydaje się być najbardziej przystosowanym do podanych czynników. Na przykład, gdy mechanizm reakcji sugeruje występowanie wymieszania wtórnego, które mogło by być szczególnie szkodliwe, można rozpocząć od analizy idealnego reaktora z przepływem tłokowym, gdzie wymieszanie wtórne jest kontrolowane, może zostać wybrany zbiornik z mieszadłem.

Gdy został wybrany idealny reaktor, można na przykład określić czynniki korygujące w celu określenia rozbieżności pomiędzy idealnym, a rzeczywistym zachowaniem się reakcji. Jest to proces niezbędny i eksperymentalny. Gdy czynniki korygujące są określone, projektant reaktora może wtedy wyznaczyć parametry reaktora takie jak wielkość reaktora i jego kształt, równocześnie projekt (typ reaktora) powinien być przekształcony biorąc pod uwagę zakres czynników takich jak temperatura i ciśnienie. W tym miejscu posiadane informacje wydają

179 364 się wystarczające do zbudowania reaktora eksperymentalnego. Reaktory eksperymentalne są wtedy wykonywane i testowane.

Skok od projektu reaktora eksperymentalnego do projektu i produkcji komercyjnego lub w większej skali reaktora jest konieczny i trudny. Na przykład, zmiany w objętości reaktora same w sobie mogą znacznie zmienić parametry pracy, które wcześniej wydawały się stanowić dobrze poznany układ. Dynamika płynów, natura miejsc w jakich zachodzą reakcje, proporcje reakcji, wymiana ciepła i masy komplikują problem.

Rozpiętość do jakiej warunki reakcji mogą być sterowane jest określona, w dużej części, przez typ urządzeń użytych do przeprowadzenia reakcji. Wiele reaktorów zostało zaprojektowanych tak, aby rozwiązywać konkretne problemy. Na przykład, opis patentowy USA nr 2,763,699 opisuje urządzenie do wytwarzania jednorodnego zawirowania fazy gazowej substratów reakcji w zakrzywionych reaktorach, poprzez styczne usytuowanie dysz wtryskowych na wewnętrznej powierzchni zbiornika. Okazało się, że użycie reaktora wyżej opisanego zmniejsza tworzenie się osadów węglowych, które towarzyszą wytwarzaniu chlorku allilu z propylenu i chloru. Styczne wtryskiwanie znacząco wpłynęło na dwuwymiarowy przepływ substratów reakcji, które przepływają wzdłuż wewnętrznej powierzchni reaktora.

Opis patentowy USA nr 4,590,044 opisuje przykład reaktora zaprojektowanego w celu zwiększenia efektu zróżnicowania temperaturowego w reakcjach endotermicznych i egzotermicznych. Zrealizowane jest to poprzez użycie kilku przegród lub stref reakcji wewnątrz reaktora.

Japoński opis patentowy J73032087-B przedstawia reaktor zbudowany specjalnie do gazowego chlorowania węglowodorów. Zbiornik użyty do mieszania substratów reakcji jest podłużny, posiada dwie równoległe znajdujące się naprzeciwko siebie płaskie powierzchnie, oraz dwie znajdujące się naprzeciwko siebie powierzchnie zakrzywione (gdy oglądamy je w przekroju poprzecznym). Dysze są użyte do wprowadzania przegrzanych substratów do zbiornika stycznie po przeciwnych stronach, w taki sposób, że powstaje wir. Wir ten umożliwia wzrost ciepła reakcji i wprowadza lepsze wymieszanie w stosunku do wcześniejszych projektów reaktorów. Strefa reakcji, lub obszar wewnątrz reaktora, w którym zachodzi reakcja, to zasadniczo całe wnętrze reaktora. Podczas stycznego wprowadzania substratów reakcji wytworzony zostaje efekt wirowania, efekt ten przewyższa efekt dwuwymiarowy. Tak więc, wirowanie zasadniczo odbywa się w jednej płaszczyźnie, oraz przesuwa się po wewnętrznej stronie reaktora. Co więcej, odkąd strefa reakcji stanowi zasadniczo całe wnętrze reaktora, może być tylko jedna strefa reakcji.

Belgijski opis patentowy 742,356 przedstawia proces syntezy chlorku allilu przez gazowe podstawnikowe chlorowanie propylenu. Reaktory użyte w tym procesie zawierały wiele stref reakcji. Jednakże, proces był zaprojektowany specjalnie tak, aby uniknąć tego co wynalazca określił jako złożona technika niezbędna w reaktorach, które wprowadzają efekt wirowania lub efekt cyklonowy. Tak więc także tu, strefa reakcji w takim systemie zasadniczo stanowi całe wnętrze reaktora. Przykłady przytoczone we wniosku, wszystkie wykorzystują serię reaktorów rurowych w celu przedstawienia tej metodologii.

Dykyj i inni przedstawiają reaktor cyklonowy w „High Temperature Chlorination in Cyclonic Reactor, International Chemical Engineering (Czechosłowacja Styczeń, 1962). Ten projekt wprowadza dysze wtryskujące, które wprowadzają substraty reakcji stycznie do wewnętrznej powierzchni cylindrycznego zbiornika. Dysze są umieszczone naprzeciwko siebie w stosunku do osi centralnej zbiornika. Jednakże, są one przesunięte, tak więc nie są one dokładnie naprzeciwko siebie. Powoduje to, że substraty przemieszczają się koncentrycznie wzdłuż wewnętrznych ścian zbiornika reakcyjnego, przez co uzyskany został efekt cykliczny. Autorzy doszli do wniosku, że w części centralnej reaktora nie występuje żadne mieszanie i wypełnili tę część reaktora metalowym rdzeniem. Tak więc strefa reakcji w takim układzie wydaje się być cyklicznym obszarem z wydrążonym rdzeniem (to jest w kształcie toroidalnym). Ruch substratów występuje w dwóch wymiarach i odbywa się w przestrzeni kolistej z otworem w środku.

Gdy substrat jest kierowany naprzeciw powierzchni reaktora, taki jak w przypadku wtryskiwania stycznego, powstają dodatkowe uwarunkowania. Na przykład, jeśli substratem jest materiał wywołujący korozję, taki jak chlor, reaktor będzie często wymagał specjalnej konstrukcji. W takim sposobie jest to wprowadzenie na wewnętrznej powierzchni reaktora powłoki niklowej. Takie warstwy mogą dramatycznie zwiększyć koszt reaktora.

Turbulentny, zawirowany, cyklonowy przepływ substratów zwiększa prawdopodobieństwo zderzenia pomiędzy reagującymi składnikami, w stosunku do tego jakie by wystąpiło gdyby substraty zostały po prostu wstrzyknięte do reaktora bez wprowadzenia substratów w ruch. Jednakże, reaktory znane ze stanu techniki generalnie wprowadzają ruch tylko w jednej płaszczyźnie. W najlepszym przypadku, takie reaktory prezentują mieszanie współprądowe. Jest to przeważnie mieszanie w skali makro, które wprowadza warstwy lub sprowadza całkowity przepływ do strumienia substratów. Niektóre zderzenia pomiędzy cząsteczkami występują pomiędzy płaszczyznami, które przepływają, ale ich liczba jest mała i występują raczej przez przypadek niż jako efekt projektu. Zwiększenie ciepła i dłuższy czas przebywania mogą być użyte do wzbudzenia takich zderzeń, ale straty wydajności i selektywności generalnie towarzyszą takim sposobom jak przedstawione powyżej. W wielu przypadkach projekt reakcji adiabatycznej jest korzystniejszy, tak, że dodawanie ciepła w celu zwiększenia częstotliwości zderzeń jest niemożliwe.

Problemy te są szczególnie ostre, tam gdzie możliwych jest kilka mechanizmów reakcji pomiędzy substratami. Reakcja pomiędzy nienasyconymi węglowodorami, a chlorowcami jest dobrym przykładem takiej sytuacji. Mogą wystąpić zarówno reakcje podstawienia, reakcje przyłączania, lub oba typy tych reakcji. Reakcje podstawienia są preferowane w produkcji chlorku allilu z propylenu i chlorku. Wysokie temperatury są często konieczne do stworzenia warunków bardziej korzystnych do tej zamiany niż innych dodatkowych reakcji. Niestety, temperatury, które są za wysokie, mogą oddziaływać w sposób powodujący tworzenie koksu i innych niekorzystnych substancji i efektów. Niekorzystnie, wzrost czasu przebywania może także spowodować powstawanie produktów ubocznych i zredukować selektywność reakcji.

Ponieważ reakcja podstawienia jest korzystna w komercyjnym wytwarzaniu chlorku allilu tak jak przedstawiono powyżej, w reaktorach według stanu techniki, używa się podwyższonych temperatur w celu uniknięcia produkcji produktów ubocznych 1,2-dichloropropanu (DCPo). Te reakcje w wysokiej temperaturze typowo towarzyszą produkcji koksu. Reakcja może posiadać zróżnicowane charakterystyki kinetyczne, wewnątrz reaktora spowodowane tworzeniem miejsc gorących. Wiele innych reakcji wykorzystujących, na przykład, selektywne chloro-podstawienie etylenu, butanu, pentenu, heksanu, oktanu, cyklohekxanu, acetylenu, i tym podobnych, powoduje takie problemy.

Opis patentowy USA nr 3,054,831 przedstawia reaktor do produkcji chlorku allilu, w którym jeden substrat jest wtryskiwany przez centralną dyszę, a drugi substrat przez styczny otwór w zbiorniku reaktora. Opis patentowy USA nr 4,928,481 przedstawia reaktor chemicznego spalania, w którym jeden z substratów jest wtryskiwany przez centralną dyszę, a pozostałe substraty przez serię osiowo rozdzielonych otworów wtryskowych w zbiorniku reaktora.

Sposób projektowania reaktorów mógłby przynieść większe zyski wraz z wprowadzeniem reaktora, który by zwiększał kontakt międzycząsteczkowy, umożliwiał większą selektywność, oraz zmniejszał czas reakcji/przebywania bez wytwarzania koksu i innych produktów ubocznych. Jest to szczególnie wymagane w przypadku komercyjnego wytwarzania chlorku allilu z propylenu i chloru.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania chlorku allilu wykorzystujący specjalnie skonstruowany reaktor, w którym najpierw do reaktora, równolegle do jego osi centralnej, wprowadza się chlor a następnie, stycznie wtryskuje się propylen do rozpylonego chloru, wytwarzając cyklonowy charakter mieszaniny propylenu i chloru, po czym odprowadza się wytworzony chlorek allilu.

179 364

Przedmiotem wynalazku jest również reaktor chemiczny zawierający zbiornik reakcyjny i przynajmniej urządzenia wprowadzające do strefy reakcyjnej, posiadające przynajmniej dwa krańce, przy czym urządzenia wprowadzające do strefy reakcyjnej są połączone jednym krańcem ze źródłem substratów, a drugim krańcem z wnętrzem zbiornika reakcyjnego. Poza tym reaktor posiada przynajmniej jedną dyszę wtryskową połączoną ze źródłem substratu, która jest zabudowana wewnątrz zbiornika reakcyjnego i wywołuje trójwymiarowy przepływ substratów, oraz dobrze wymieszaną strefę reakcyjną wewnątrz zbiornika reakcyjnego, w której substraty są mieszane, i wylot posiadający dwa krańce, przy czym jeden kraniec pozostaje w kontakcie z wnętrzem zbiornika reakcyjnego, a drugi kraniec pozostaje w kontakcie z przestrzenią na zewnątrz zbiornika reakcyjnego.

Istota wynalazku polega na tym, że urządzenia wprowadzające do strefy reakcyjnej posiadają przynajmniej dwa wloty reaktora oraz urządzenia rozpryskujące, które są przymocowane do wlotów reaktora, przy czym urządzenia rozpryskujące stanowią kraniec urządzeń wprowadzających do strefy reakcyjnej połączony z wnętrzem zbiornika reakcyjnego, a ponadto urządzenia rozpryskujące są umieszczone naprzeciwko siebie. Dobrze wymieszana strefa reakcyjna stanowi przestrzeń znajdującą się pomiędzy urządzeniami rozpryskującymi.

Korzystnie, z dobrze wymieszaną strefą reakcyjną sąsiaduje strefa przepływu tłokowego.

Każde urządzenie rozpryskujące zawiera ramiona rozpryskujące, przy czym ramiona rozpryskujące są usytuowane promieniowo na zewnątrz od osi centralnej wlotu reaktora, a dysze służące do wtryskiwania substratu, są umieszczone na ramionach rozpryskujących.

W obudowie zbiornika reakcyjnego umieszczone są dysze wtryskowe wprowadzające substraty do dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej i nadające znajdującym się w niej substratom, trójwymiarowy cyklonowy charakter, przy czym każda dysza wtryskowa jest umieszczona stycznie do osi centralnej reaktora.

Według wynalazku reaktor posiada wiele dysz wtryskowych, a każda z nich jest pozycjonowana pod kątem większym od 0° a mniejszym od 90° w stosunku do wzdłużnej płaszczyzny reaktora, przy czym dysze leżą w różnych poprzecznych płaszczyznach, przy czym kąt każdej z tych dysz w odniesieniu do osi centralnej reaktora jest jednakowy.

Każde urządzenie rozpryskujące reaktora stanowi pierścień usytuowany wkoło osi centralnej reaktora.

Reaktor wykonany według wynalazku, może korzystnie być zastosowany do produkcji chlorku allilu z propylenu i chloru, tak, że produkcja niepożądanych produktów ubocznych jest znacznie zmniejszona w porównaniu z reaktorami znanymi ze stanu techniki.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 jest przekrojem przez przykład wykonania reaktora wykonanego według wynalazku; fig. 2 - widok z przodu urządzenia rozpryskującego zastosowanego w reaktorze wykonanym według wynalazku; fig. 3 - widok z przodu urządzenia rozpryskującego zastosowanego w reaktorze wykonanym według wynalazku, urządzenie rozpryskujące może być zestawione z urządzeniem rozpryskującym z fig. 2; fig. 4 - przekrój przez przykład wykonania wynalazku; fig. 5 - widok z tyłu, przekrój częściowy przykładu wykonania wynalazku z fig. 4.

Zgodnie z wynalazkiem selektywność reakcji, czas reakcji, oraz inne parametry reakcji chemicznej zostały wzmocnione poprzez wprowadzenie reaktora chemicznego z jedną lub większą ilością szczególnych stref reakcyjnych. Tak jak to będzie widoczne z opisu, sposoby określania stref reakcyjnych mogą polegać na zestawianiu dysz, urządzeń rozpryskujących, dysz oraz innych urządzeń umożliwiających wtryskiwanie substratów do reaktora chemicznego.

Tak jak użyto go w opisie, termin „strefa reakcyjna oznacza obszar, w którym przeprowadzana jest reakcja lub poszczególne fazy reakcji. Reaktor chemiczny może posiadać więcej niż jedną strefę reakcyjną

Termin „dobrze wymieszana strefa reakcyjna” oznacza strefę reakcyjną, w której substraty są mieszane w celu utworzenia mieszaniny, która jest bardziej jednorodna. A CSTR (skrót angielski - reaktor z ciągle mieszanym zbiornikiem) posiada idealną dobrze wymieszaną strefę reakcyjną.

179 364

Termin „przepływ trójwymiarowy” oznacza ruch cząsteczek w taki sposób, że zderzenia pomiędzy cząsteczkami mogą wystąpić poza płaszczyzną, w której cząsteczki są wprowadzane, jak i wewnątrz płaszczyzny, w której cząsteczki są wprowadzane. Zasadniczo przepływ trójwymiarowy jest ruchem cząstek scharakteryzowanym przez przepływ trójwymiarowy, ale także zawierający przepływ dwuwymiarowy. Na przykład, strefa reakcyjna, w której substraty przepływają w trzech wymiarach, z wyjątkiem płaszczyzn na obrzeżu strefy, wzmacniając zasadniczy przepływ trójwymiarowy.

„Trójwymiarowy” w odniesieniu do mieszania dotyczy przepływu cząstek tworzącego całkowitą lub jednorodną mieszaninę, we wszystkich kierunkach. Drogą przykładu, CSTR wzmacnia trójwymiarowe mieszanie, podczas gdy reaktory z przepływem tłokowym całkowite mieszanie w kierunku promieniowym.

Termin „rozpryskiwanie” oznacza wtryskiwanie lub wprowadzanie sprężonego lub znajdującego się pod ciśnieniem płynu poprzez urządzenia rozpryskujące.

„Urządzenia rozpryskujące” to zbiornik posiadający perforację, z lub bez przymocowanego osprzętu, używanego do wtryskiwania lub wprowadzania sprężonego lub znajdującego się pod ciśnieniem płynu do przestrzeni w stanie gazowym lub rozpylonym.

„Oś poprzeczna” to oś najdłuższego wymiaru obiektu.

„Płaszczyzna poprzeczna” to płaszczyzna posiadająca długość określoną przez oś poprzeczną.

„Oś centralna” to oś biegnąca przez środek obiektu wzdłuż najdłuższego wymiaru. Oś centralna walca biegnie przez środek koła stanowiącego przekrój poprzeczny i ciągnie się przez całą długość walca.

„Płaszczyzna wzdłużna” to płaszczyzna ciągnąca się przez obiekt wzdłuż jego najdłuższego wymiaru.

Odnośnie rysunków, fig. 1 jest przekrojem poprzecznym przez korzystny przykład reaktora wykonanego według wynalazku. Zbiornik reakcyjny 1 jest przedstawiony jako podłużny walec, ale o kształcie nie będącym krytycznym dla wynalazku. Jeden lub więcej substratów reakcji jest wprowadzany do wnętrza zbiornika reakcyjnego 1, poprzez wloty 2 reaktora. Wloty reaktora to rury, przewody, rurki lub inne urządzenia służące do wprowadzania gazowych substratów do zbiornika reakcyjnego. Korzystnie, naprzeciwko siebie umieszczone są dwa wloty substratów. Zrozumiałym będzie, gdy poczynimy odniesienie w tym opisie do pierwszego lub innych substratów, które nie wymagają szczególnej kolejności wtryskiwania lub reagowania tych substratów, jest ono domyślne lub sugerowane.

Urządzenie rozpryskujące 3 jest przymocowane do krańca wlotu 2 reaktora wewnątrz reaktora. To połączenie urządzenia rozpryskującego i wlotu substratu stanowi przykład urządzeń wprowadzających do strefy reakcyjnej, ale może być oczywiście zastosowanych wiele innych w miejsce tych szczególnych. Takie urządzenia muszą być zdolne do przeprowadzenia substratu ze źródła do obszaru wewnątrz zbiornika reakcyjnego, tak, że substrat jest umieszczany w strefie reakcyjnej. Urządzenia rozpryskujące 3 są ukształtowane z rur lub innych wydrążonych zbiorników służących do doprowadzenia substratu do dysz 4. Następnie, substraty są wyrzucane do wnętrza reaktora poprzez dysze 4. Urządzenia rozpryskujące 3, tak jak je przedstawiono, są prostopadłe lub styczne z osią centralną krańców wlotowych 2a, jednakże nie jest to zasadnicza cecha pozycjonowania urządzeń rozpryskujących w każdym przykładzie wykonania wynalazku. Częściej, umieszczenie i rozstaw urządzeń rozpryskujących 3 jest określane przez charakter przepływu i mieszania substratów, który jest docelowo pożądany. Zagadnienie to będzie pełniej przedstawione poniżej.

W korzystniejszym przykładzie wykonania wynalazku urządzenia rozpryskujące 3 są umieszczone tak, że dysze przymocowane do nich są umieszczone przeciwległe. To znaczy, dysze 4 są umieszczone naprzeciwko siebie i są równoległe do osi centralnej reaktora, ale mogą być przekręcane, odchylane na zewnątrz lub w kierunku osi centralnej reaktora w zakresie do 15°. Figura 2 przedstawia budowę urządzeń rozpryskujących 3 bardziej szczegółowo. Widać tam, że ramiona 3b urządzenia rozpryskującego umieszczone są radialnie

179 364 (na zewnątrz od) w stosunku do piasty 3a urządzenia rozpryskującego. Dysze 4 są umieszczone wzdłuż ramion 3b urządzenia rozpryskującego. W tym przykładzie wykonania, urządzenia rozpryskujące są umieszczone tak, że ramiona 3a jednego z urządzeń rozpryskujących dzielą na połowę odległość pomiędzy ramionami drugiego przeciwnego (to znaczy znajdującego się naprzeciwko) urządzenia rozpryskującego. To znaczy, jedno z ramion urządzenia rozpryskującego znajduje się w pewnym punkcie w obszarze pomiędzy dwoma przeciwnymi urządzeniami rozpylającymi. Względne kątowe pozycjonowanie takiego przeciwnego urządzenia rozpryskującego jest przedstawione na fig. 3. Takie rozmieszczenie zapewnia pożądane charakterystyki przepływu i mieszania substratów. Urządzenia rozpryskujące mogą także być wykonane w kształcie kolistym lub wydłużonym, z wieloma dyszami lub wyciętymi w nich otworami. Takie urządzenie rozpylające może, na przykład, być ukształtowane tak, aby przypominało głowicę natryskową. Korzystnie, dysze nie są umieszczane wzdłuż centralnej osi reaktora, gdzie zawirowania są niewielkie. Możliwe jest również zbudowanie reaktora według wynalazku tylko z jednym urządzeniem rozpryskującym.

Powracając do fig. 1, drugi wlot 2b reaktora jest używany do wprowadzania do reaktora innego substratu. Ten inny substrat może zawierać inne substancje niż ten wprowadzony przez wlot 2 reaktora, lub może to być ta sama substancja. Drugi wlot 2b reaktora jest także utworzony przez rury, przewody, rurki lub inne wydrążone zbiorniki używane do przenoszenia gazów lub par. Wlot 5 jest ukształtowany tak, że drugi substrat wprowadzany jest do reaktora jako strumień i nie jest zasadniczo rozproszony dopóki nie zostanie wprowadzony w pobliże dobrze wymieszanej strefy 6. Określenie dysza używane w tym opisie dotyczy zamocowanych w reaktorze wlotów umożliwiających skierowanie substratów w stronę strefy reakcyjnej. W swym najszerszym sensie, dyszę może stanowić otwór wlotu 2b reaktora, skierowany w kierunku strefy reakcyjnej. Według przykładu wykonania zastosowano dyszę zmechanizowaną. Co więcej, może zostać użyty w reaktorze jeden zestaw, drugi wlot substratu i dysza. W samej rzeczy może zostać użytych wiele wlotów i dysz.

Dobrze wymieszana strefa 6 jest utworzona w obszarze pomiędzy urządzeniami rozpryskowymi 3. Ten obszar jest określony w części przez naturę wtryskiwania substratów. To znaczy, odległość pomiędzy urządzeniami rozpryskującymi oraz ilość substratów jaka ma się znajdować w strefie, jest określona na podstawie kinetyki reakcji, tak, aby zderzenie cząsteczek wystąpiło gwałtownie.

Wytwarzanie chlorku allilu z propylenu i chloru w korzystnym przykładzie wykonania wprowadza przykład działania reaktora oraz w jaki sposób określone są strefy reakcyjne. Reaktor ma kształt walca i posiada długość około trzy razy większą od średnicy. Pierwszy wlot 2 reaktora i dysze 4 w pierwszym urządzeniu rozpylającym 3 są umieszczone tak, że umożliwiają substratowi wejście do strefy reakcyjnej tuż przed płaszczyzną urządzenia rozpryskującego. Może to być stosunkowo blisko jednego z krańców reaktora 9. Chlor w postaci gazowej jest wprowadzany do wlotów 2 reaktora i jest następnie rozpryskiwany wewnątrz reaktora. Kolejny wlot 2 reaktora jest umieszczony tak, że dysze przymocowanego do niego urządzenia rozpryskującego 3 są skierowane na dysze innego urządzenia rozpryskującego, a ponadto są wystarczająco blisko, aby substrat opuszczający dyszę mógł dotrzeć do przeciwnego urządzenia rozpryskującego, bez zasadniczego zmniejszenia energii. Urządzenia rozpryskujące są tak usytuowane, że ramię jednego z nich dzieli na pół odległość pomiędzy dwoma ramionami przeciwnego urządzenia rozpryskującego. Obrót przeciwnych ramion, może nie jest niezbędńy, jest korzystny do zminimalizowania interakcji pomiędzy dyszami.

Drugi wlot 2b reaktora jest umieszczony tak, że jego dysza 5 leży bezpośrednio za pierwszym urządzeniem rozpryskującym 3. Dysza jest najlepiej pozycjonowana, gdy znajduje się stycznie do odpowiedniej ściany reaktora. Jednakże, dysza może także być pod kątem aby dostosować się do innych projektowanych parametrów, dlatego określa się jej pozycję w odniesieniu do ściany reaktora jako styczną. Wylot 8 jest umieszczony na krańcu 10. Dobrze wymieszana strefa reakcyjna 6 składa się z obszaru pomiędzy urządzeniami rozpryskującymi a strefą reakcyjną przepływu tłokowego 7, składającą się z obszaru pomiędzy drugim

179 364 urządzeniem rozpryskującym, a wylotem. Zamiast strefy reakcyjnej przepływu tłokowego, może być zastosowana strefa reakcyjna przepływu laminamego.

Dla reaktorów o całkowitej pojemności od 250 do 300 cm³, wstrzykiwane jest poprzez pierwszy wlot substratu około 0.68 kg/godz. chloru pod ciśnieniem około 1.4 do 4.9 x 10⁵ N/m²w temperaturze około 300 do 367 K. Zauważono, że wprowadzanie chloru poprzez pierwszy wlot substratu ma wpływ na selektywność reakcji. Gdy do wprowadzania chloru użyto dwa przeciwne urządzenia rozpryskujące, wprowadzanie powinno odbywać się przynajmniej w stosunku 50:50 pomiędzy urządzeniem rozpryskującym w górze przepływu, a urządzeniem rozpryskującym pracującym w dole przepływu. Jednakże, lepsze wyniki uzyskano gdy chlor kierujemy tylko do urządzenia rozpryskującego, pracującego w górze przepływu. Polepszenie selektywności reakcji możemy zwiększać dopóki stosunek ilości substratów dostarczanych do urządzeń rozpryskujących kształtuje się na poziomie 80:20, urządzenie rozpryskujące pracujące w górze przepływu do pracującego w dole przepływu. Termin „urządzenie rozpryskujące pracujące w górze przepływu dotyczy urządzenia rozpryskującego, znajdującego się w najbliższej odległości od drugiego wlotu/ dyszy substratu, podczas gdy „urządzenie rozpryskujące pracujące w dole przepływu to urządzenie rozpryskujące znajdujące się naprzeciwko urządzenia rozpryskowego pracującego w górze przepływu, bliżej wylotu z reaktora.

Chlor wprowadzany jest przez pierwszy wlot substratu w ilości około 0.91 do 2.7 kg na godz., propylen jest wprowadzany przez drugi wlot substratu pod ciśnieniem około 1 do około 3.5 x 105 N/m2 w temperaturze około 422 do 644 K. Substraty nie były wcześniej wymieszane. Korzystnie, temperatura reakcji w dobrze wymieszanej strefie reakcyjnej znajduje się w przedziale 727 do 755 K. Te temperatury i ciśnienia są wybrane tak, aby dostarczyć mieszaninie energii potrzebnej do przeprowadzenia gwałtownego wymieszania substratów reakcji, oraz w celu zminimalizowania produkcji produktów ubocznych (tutaj, 1,2-dichloropropanu). Wprowadzenie pierwszego z substratów, tutaj chloru, spowodowało w warunkach koniecznych do wprowadzenia substratu, chwilowe zderzenia wprowadzonych cząsteczek.

Jak zauważono wyżej, pozycjonowanie różnych urządzeń służących do wprowadzania substratów i sposób w jaki substraty są dostarczane, wpływa na selektywność i gwałtowność reakcji jakie mają miejsce wewnątrz reaktora. Bez ograniczania się do teorii, wierzy się, że czynniki te wytwarzają mieszaninę substratów o korzystnym stanie energetycznym. Energia jest przekazywana do układu przez zróżnicowanie prędkości i ilości wprowadzanych poprzez urządzenia rozpryskujące, substratów, oraz poprzez moment pędu substratu wprowadzanego przez dysze. Te zależności mogą być określone przez stosunek prędkości substratu opuszczającego dyszę, do średniej prędkości mieszaniny reagującej wewnątrz reaktora. Ogólniej mówiąc, jest to stosunek prędkości kątowej osiąganej przez jeden z substratów, do średniej prędkości osiowej reagującej mieszaniny wewnątrz reaktora. Ten stosunek sprowadza się tutaj do liczby wirowej. Zauważono, że liczba wirowa znajdująca się w zakresie od 3 do 83, odpowiada wprowadzeniu wystarczającej energii do zrealizowania wynalazku. Korzystnie, wynalazek jest realizowany przy zakresie 30 do 40.

Znowu nie będąc ograniczonym do teorii, przez pozycjonowanie urządzeń wprowadzających do strefy reakcyjnej opisanych powyżej, większość energii potrzebnej do przeprowadzenia reakcji jest dostarczona przez substraty wprowadzane przez te urządzenia. Energia ta może być funkcją pozycjonowania urządzeń rozpryskujących, na przykład, prędkości substratów przez nie wprowadzanych. Co więcej, odpowiednia prędkość może być osiągnięta poprzez regulację ciśnienia wprowadzanych substratów. Oznacza to, że nie ma konieczności wprowadzania substratów poprzez drugi wlot 2b reaktora z dużą energią, gdy substraty wprowadzane przez drugi wlot substratów czynią to z momentem pędu powiązanym z nimi, tak, że ich kontakt z substratami w strefie reakcyjnej skutkuje trójwymiarowym mieszaniem. Tak więc pozycjonowanie urządzeń wprowadzających substraty, pozycjonowanie dysz, ciśnienie i temperatura substratów może być użyte do opisania wymagań energetycznych reaktora.

Odległość pomiędzy urządzeniami rozpryskującymi może być regulowana w zależności od ilości przepływających przez urządzenie rozpryskujące substratów i prędkością z jaką są

Ϊ79 364 one wprowadzane. To jest, odległość pomiędzy urządzeniami rozpryskującymi jest ustawiana w punkcie, w którym osiągamy daną prędkość i ilość substratu, przy jakich można oczekiwać najgwałtowniejszego kontaktu substratów wprowadzanych do strefy reakcyjnej. Odległości te są ustawiane tak, aby obszar pomiędzy urządzeniami rozpryskującymi zawierał się pomiędzy 20% a 50% objętości całego zbiornika.

W celu dalszego ułatwienia osiągania pożądanych poziomów energii, dysze 4 są przymocowane do otworów wzdłuż powierzchni czołowej ramienia 3b urządzenia rozpryskującego. Korzystnie, każde urządzenie rozpryskujące posiada sześć do dziesięciu ramion rozpryskujących 3b. Ramiona rozpryskujące umieszczone są promieniowo w stosunku do każdego z wlotów 2 reaktora. Taka konfiguracja jest nazywana konfiguracją „pajęczą” ramion rozpryskujących. Zwiększenie ilości dysz w okolicach strefy reakcyjnej zwiększa wydajność reakcji. Korzystniej wszystkie dysze znajdują się dalej niż połowa promienia od osi centralnej reaktora. Jednakże, dysze nie powinny znajdować się blisko ściany reaktora, co mogło by spowodować konieczność stosowania specjalnych powłok metalurgicznych. To znaczy, jeśli korzystnie jest umieścić dużą liczbę dysz, zamiast konfiguracji „pajęczastej” przedstawionej na fig. 2. i fig. 3, korzystniej jest zastosować konfigurację pierścieniową. Niektóre przykłady wykonania wynalazku mogą wykorzystywać wiele dysz na każdym z ramion rozpryskujących. W takim przypadku, korzystnie jest jeśli dysze najbliższe osi centralnej są umieszczone w odległości przynajmniej równej połowie promienia podstawy walca tworzącego reaktor. Jeżeli nie stosuje się specjalnych powłok metalurgicznych (na przykład niklowych), korzystnie jest umieścić dyszę najbliższą ściany reaktora (jego wewnętrznej powierzchni) w odległości od jego ściany równej około jednej trzeciej promienia podstawy walca tworzącego reaktor.

W przykładzie wykonania wynalazku, w którym wytwarzany jest chlorek allilu z propylenu i chloru, propylen jest wprowadzany do reaktora poprzez wlot 2b reaktora oraz jest następnie kierowany poprzez dyszę 5 stosunkowo jednorodnym strumieniem w pobliże urządzeń rozpryskujących 3. Dla ciśnienia reaktora około 1 do 1.4 x 10⁵ N/m², propylen jest wprowadzany w temperaturze pomiędzy około 477 a 644 K. Ruch propylenu wprowadza moment pędu do strumienia chloru, kontakt ten wywołuje trójwymiarowy przepływ w dobrze wymieszanej strefie reakcyjnej 6. Korzystnie, przepływ ten jest zasadniczo cyklonowy, ale prędkość kątowa nie jest zbyt duża, aby spowodować znaczące przemieszczenie pęcherzyków wkoło osi centralnej reaktora. Zasadniczo cyklonowy oznacza, że przeważający przepływ substratów wewnątrz dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej, w której występuje mieszanie, zachodzi promieniowo i osiowo. Taki przebieg mieszania może być określony jako semisferyczny, sferyczny, śrubowy, lub ich kombinację. Jednakże, zrozumiałym jest, że nie całe substraty będą się zachowywały w ten sposób. Małe ilości nie cyklonowego przepływu mogą wystąpić, na przykład, w osi centralnej i na obrzeżach dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej.

Figury 4 i 5 przedstawiają przykłady wykonania wynalazku posiadające dwie dysze. Figura 4 przedstawia dwie dysze 5 i ich pozycjonowanie względem osi centralnej reaktora. Dysze są umieszczone poza jednym z urządzeń rozpryskujących. Są tak skierowane, że przepływ substratów jest skierowany w kierunku dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej, oraz drogi strumieni substratów przecinają się. To znaczy, jeśli chcielibyśmy narysować linię rozpoczynając w każdej z dysz i kończąc na ścianie zbiornika, te dwie linie dopełniały by się względem osi centralnej reaktora. Dysze te mogą być zorientowane tak, że tworzą kąt większy od 0 a mniejszy od 90° względem wzdłużnej płaszczyzny biegnącej przez reaktor. Korzystnie, dysze są pozycjonowane tak, że przepływ substratów jest styczny do centralnej osi dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej.

Figura 5 przedstawia przykład wykonania z fig. 4 wraz z dalszym przedstawianiem zależności pomiędzy dyszami. Ten rysunek przedstawia to, że dysze są pozycjonowane tak, że substraty opuszczające jedną z dysz nie kolidują, nie mieszają się, lub zakłócają substratów z drugiej. Jest osiągnięte poprzez umieszczenie dysz w różnych poprzecznie płaszczyznach. Tak więc, gdy dwie dysze są używane, są one umieszczone tak, jak opisano powyżej i są umieszczone wzdłuż dwóch różnych poprzecznie płaszczyzn, przez co nie zakłócają przepływu substratów. Jeśli zajdzie taka potrzeba, może być użytych więcej drugich wlotów 2b reaktora. Może to być niekorzystne, gdy dodajemy większe ilości substratów lub wprowadzamy większy moment pędu do dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej 6.

Trójwymiarowy cyklonowy charakter, który jest wytworzony w dobrze wymieszanej strefie reakcyjnej jest przeważnie zjawiskiem makro. Jedną z cech cyklonowego trójwymiarowego charakteru jest to, że zapewnia on szybkie uzyskanie jednorodnej mieszaniny, poprzez przepływ substratów, przemieszczenie, recyrkulację prądu substratu. To także ułatwia mieszanie w skali makro. To połączenie ulepszonego mieszania w skali mikro i makro, powoduje, że unikamy nieprawidłowych obszarów gorących i nieprawidłowych proporcji reakcji wewnątrz różnych części stref reakcyjnych. Zmniejszenie stref gorących i połączenie ulepszonego mieszania w skali mikro i makro, ogólnie przejawia się zmniejszeniem się ilości powstającego koksu, a przez co poprawia się uzysk produktu wraz z jednoczesnym zmniejszeniem zapotrzebowania na konserwację reaktora.

Mieszanie substratów jest gwałtowne, bezpośrednie i następuje w obszarze dzielonym przez propylen i chlor. Jest to obszar, w którym znajduje się dobrze wymieszana strefa reakcyjna. Zderzenia cząsteczkowe występują w tej dobrze wymieszanej strefie reakcyjnej, w trzech wymiarach. W reakcjach gdzie pożądana jest wysoka temperatura, która ma napędzać szczególny mechanizm reakcji, ta dobrze wymieszana strefa reakcyjna posiada jednolity wysokotemperaturowy profil. Wielokrotne wtryskiwanie substratów zwiększa ten jednorodny profil, przez co utrzymany jest charakter mieszania.

Dobrze wymieszana strefa reakcyjna 6 jest takich wymiarów, że cyklonowe mieszanie występuje w niej ciągle. W reakcji propylenu i chloru mającej na celu wytworzenie chlorku allilu, czas tej reakcji znajduje się w przedziale pomiędzy 500 a 800 milisekund. To niekoniecznie oznacza, jednakże, że reakcja zakończy się w tej strefie. W większości reakcji egzotermicznych, będą tworzyć się w dobrze wymieszanej strefie reakcyjnej 6, miejsca gorące. Jeśli miejsce gorące jest zbyt gorące, powstaje koks i występująca izomeryzacja może być problemem w zależności od kinematyki reakcji. Oczywiście, dobrze wymieszana strefa reakcyjna obecnego wynalazku posiada względnie jednorodny profil wysokotemperaturowy. Niemniej, może wystąpić jedno lub więcej miejsc, które są gorętsze niż reszta strefy reakcyjnej. Poprzez umożliwienie substratom dokonania szybkiego połączenia, podczas unikania możliwych szkodliwych efektów wydłużania się miejsc gorących, może być ułatwione przesuwanie połączonych substratów do innej strefy reakcyjnej wewnątrz reaktora.

Reaktor zawiera obok dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej 6, strefę reakcyjną przepływu tłokowego 7. Tak więc, przepływ połączonych substratów przesuwa tę mieszaninę produktów i nie związanych substratów do strefy reakcyjnej przepływu tłokowego 7, gdzie mieszanina przebywa przez dodatkowy odcinek czasu w celu dopełnienia reakcji. Gdy ta mieszanina produktów i nie związanych substratów znajduje się z dala od dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej, nie jest już narażona na wpływ miejsc gorących oraz możliwego wewnątrz niej wtórnego wymieszania. Zrozumiałym jest, że reakcja zasadniczo zachodzi wewnątrz dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej 6, a mieszanina, która przepływa do strefy reakcyjnej przepływu tłokowego 7 składa się przeważnie z produktów. Tak więc czas przebywania kończy niewielką część reakcji. Połączenie prawie zakończonej reakcji razem z kończeniem reakcji przy braku miejsc gorących, zapewnia zminimalizowanie izomeryzacji, selektywność oraz wysoką wydajność. Przepływ z dobrze wymieszanej strefy do strefy reakcyjnej przepływu tłokowego, umożliwia łatwe odprowadzenie produktów poprzez wylot produktów 8, gdzie mogą być zbierane lub przesyłane do dalszej obróbki.

Gdy propylen reaguje z chlorem tworząc chlorek allilu, według wynalazku, osiągana przy wylocie produktów temperatura wyjściowa jest rzędu 760-772 K. Jest to temperatura niższa niż w reaktorach znanych ze stanu techniki. Reakcja jest zakończona pomiędzy 500 a 700 milisekundami, w porównaniu z około 800 do 1000 milisekund, używając sposobów

179 364 znanych ze stanu techniki. Wydajność 85% M (na bazie propylenu) została osiągnięta przy użyciu reaktorawykonanego według wynalazku przy stosunku cząsteczkowym propylenu do chloru 2.9.

Wydajność 88% M (na bazie propylenu) została osiągnięta przy użyciu reaktora wykonanego według wynalazku przy stosunku cząsteczkowym propylenu do chloru 5.8. Wydajność 90% M (na bazie propylenu) może zostać osiągnięta przy włączeniu więcej niż jednego reaktora i stopniowym dodawaniu chloru. Reaktory znane ze stanu techniki osiągały wydajność cząsteczkową około 81 do 82% M (na bazie propylenu). Ilość niepożądanych produktów ubocznych takich jak 1,2-dichloropropan (DCPo) jest znacznie ograniczona. W takiej konfiguracji wynalazku, ilość uzyskanego DCPo jest zmniejszona, z poziomu stanu techniki 4-5% M (na bazie molowej ilości obecnego propylenu) do 0.5-2% M (na bazie molowej ilości obecnego propylenu). Nie występuje potrzeba specjalnego przygotowywania powierzchni reaktora przez galwaniczne powlekanie niklem lub temu podobne procesy.

Opisany wyżej reaktor może być również użyty w wielu innych reakcjach, w których gwałtowne zderzenia mogą być ułatwione przez połączenie rozszerzonego charakteru mieszania w skali makro i w skali mikro. Jest to szczególnie korzystne, tam gdzie substraty posiadają skłonność do tworzenia izomerycznych produktów ubocznych.

Poniższe przykłady są przytoczone w celu głębszego zilustrowania wynalazku. Te przykłady nie były zrealizowane, jednakże są przedstawione jako przykłady określające zakres wynalazku.

Przykłady. W poniższych przykładach zastosowano reaktor walcowy długości 15.24 cm i średnicy 5.08 cm. Chlor był wprowadzany przez dwa urządzenia rozpryskujące oddalone od siebie o 6.35 cm. W rezultacie dobrze wymieszana strefa (obszar) reakcyjna zajmowała około 40 do 50% objętości reaktora. Urządzenia rozpryskujące posiadały po osiem ramion rozpryskujących każde, każde z ramion posiadało jedną dyszę o średnicy wewnętrznej 0.015 cm. Dysze i ramiona urządzeń rozpryskujących były tak umieszczone, że dysze znajdowały się w połowie drogi pomiędzy osią centralną reaktora, a ścianą zbiornika reakcyjnego. Konfiguracja reaktora została przedstawiona na fig. 4 poza tym, że zastosowano parę stycznych dysz do wprowadzania propylenu do reaktora. Reaktor działał pod ciśnieniem 1.05 · 10⁵ N/m².

W każdym przykładzie, reakcja wytwarzania chlorku allilu została zakończona od 500 do 700 milisekund. Gaz wypływający był analizowany poprzez chromatograf gazowy posiadający czujnik jonizacji płomienia.

Przykład I. Około 0.6 kg chloru na godzinę zostało wstrzyknięte do reaktora poprzez parę urządzeń rozpryskujących. Chlor był wprowadzony w temperaturze około 321 K pod ciśnieniem około 2.5 · 10⁵ N/m2. Wstrzykiwany chlor był podzielony mniej więcej równo pomiędzy dwa urządzenia rozpryskujące. To znaczy, około 50% całkowitej ilości chloru zostało wprowadzone przez każde z urządzeń rozpryskujących.

Około 1.1 kg propylenu na godzinę zostało wstrzyknięte w temperaturze około 527 K, pod ciśnieniem około 1.25 · 105 N/m2. Temperatura wewnątrz dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej znajdowała się pomiędzy 727, a 755 K, a temperatura na wyjściu reaktora osiągała poziom 760 K. Temperatura ściany znajdowała się pomiędzy 727, a 745 K.

Wynikiem reakcji pod względem selektywności obliczonym na podstawie molowej propylenu to 85.6% chlorku allilu, 0.5% 1,2-dichloropropanu, 7.4% 1,3-dichloropropylenu, oraz 2.7% 2-chloropropylenu.

Ten przykład ilustruje wysoką selektywność i wydajność jaką osiągnięto poprzez zastosowanie reaktora wykonanego według wynalazku.

Przykład II. Około 0.6 kg chloru na godzinę zostało wstrzyknięte do reaktora w temperaturze około 321 K pod ciśnieniem około 2.8 · 105 N/m2 w urządzeniu rozpryskującym znajdującym się w górze przepływu i 2.3 · 105 N/m2 w urządzeniu rozpryskującym znajdującym się w dole przepływu. Około 65% całkowitej ilości chloru zostało wstrzyknięte przez urządzenie rozpryskujące znajdujące się w górze przepływu, reszta przez urządzenie

179 364 rozpryskujące znajdujące się w dole przepływu. Około 1.1 kg propylenu na godzinę zostało wstrzyknięte przez parę stycznych dysz, w temperaturze około 527 K, pod ciśnieniem około 1.26 · 10⁵ N/m².

Temperatura wewnątrz dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej znajdowała się pomiędzy 727, a 755, a temperatura na wyjściu reaktora osiągała poziom 758 K. Temperatura ściany znajdowała się pomiędzy 727, a 746 K. Selektywność obliczona na podstawie molowej propylenu to 85.5% chlorku allilu, 0.5% 1,2-dichloropropanu, 7.3% 1,3-dichloropropylenu, oraz 2.8%

2-chloropropylenu.

Przykład III. Około 0.6 kg chloru na godzinę zostało wstrzyknięte do reaktora w temperaturze około 321 K pod ciśnieniem około 3.5 · 105 N/m2 w urządzeniu rozpryskującym znajdującym się w górze przepływu i 1.3 · 105 N/m2 w urządzeniu rozpryskującym znajdującym się w dole przepływu. Około 80% całkowitej ilości chloru zostało wstrzyknięte przez urządzenie rozpryskujące znajdujące się w górze przepływu, reszta przez urządzenie rozpryskujące znajdujące się w dole przepływu. Około 1.1 kg propylenu na godzinę zostało wstrzyknięte przez parę stycznych dysz, w temperaturze około 527 K, pod ciśnieniem około 1.26· 105N/m2.

Temperatura wewnątrz dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej znajdowała się pomiędzy 727, a 749, a temperatura na wyjściu reaktora osiągała poziom 758 K. Temperatura ściany znajdowała się pomiędzy 727, a 744 K. Selektywność obliczona na podstawie molowej propylenu to 84.9% chlorku allilu, 0.8% 1,2-dichloropropanu, 8.0% 1,3-dichloropropylenu, oraz 2.7% 2-chloropropylenu.

Przykład IV. Około 0.6 kg chloru na godzinę zostało wstrzyknięte do reaktora przez parę ośmioramiennych urządzeń rozpryskujących, w temperaturze około 321 K pod ciśnieniem około 2.3 · 105 N/m2. Wstrzykiwany chlor był podzielony mniej więcej równo pomiędzy dwa urządzenia rozpryskujące. Około 2.2 kg propylenu na godzinę zostało wstrzyknięte przez parę stycznych dysz, w temperaturze około 633 K, pod ciśnieniem około

2.1 · 105N/m2.

Temperatura wewnątrz dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej znajdowała się pomiędzy 727, a 755 K, a temperatura na wyjściu reaktora osiągała poziom 753 K. Temperatura ściany znajdowała się pomiędzy 727, a 745 K. Selektywność obliczona na podstawie molowej propylenu to 87.7% chlorku allilu, 0.9% 1,2-dichloropropanu, 2.4% 1,3-dichloropropylenu, oraz 3.6%

2-chloropropylenu.

Przykład V. Około 0.6 kg chloru na godzinę zostało wstrzyknięte do reaktora opisanego w przykładzie I, w temperaturze około 322 K pod ciśnieniem około 2.8 · 105 N/m2 w urządzeniu rozpryskującym znajdującym się w górze przepływu i 2.3 · 105 N/m2 w urządzeniu rozpryskującym znajdującym się w dole przepływu. Około 65% całkowitej ilości chloru zostało wstrzyknięte przez urządzenie rozpryskujące znajdujące się w górze przepływu, reszta przez urządzenie rozpryskujące znajdujące się w dole przepływu. Około 2.2 kg propylenu na godzinę zostało wstrzyknięte przez parę stycznych dysz w temperaturze około 644 K, pod ciśnieniem około 2.2 · 105 N/m2.

Temperatura wewnątrz dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej znajdowała się pomiędzy 721, a 755 K, a temperatura na wyjściu reaktora osiągała poziom 756 K. Temperatura ściany znajdowała się pomiędzy 727, a 746 K. Selektywność obliczona na podstawie molowej propylenu to 88.3% chlorku allilu, 0.5% 1,2-dichloropropanu, 4.1% 1,3-dichloropropylenu, oraz 3.7% 2-chloropropylenu.

Ten przykład ilustruje, że sterowanie wprowadzaniem chloru przez urządzenia wprowadzające do strefy reakcyjnej, znajdujące się w górze przepływu, może spowodować poprawienie selektywności wytwarzanego produktu oraz zmniejszyć wytwarzanie produktów ubocznych, które są trudne do oddzielenia (najbardziej znacząco 1,2-dichloropropanu).

Przykład VI. Około 0.6 kg chloru na godzinę zostało wstrzyknięte do reaktora, w temperaturze około 322 K pod ciśnieniem około 3.5 · 105 N/m2 w urządzeniu rozpryskującym znajdującym się w górze przepływu i 1.3 · 105 N/m2 w urządzeniu rozpryskującym

179 364 znajdującym się w dole przepływu. Około 80% całkowitej iłości chloru zostało wstrzyknięte przez urządzenie rozpryskujące znajdujące się w górze przepływu, reszta przez urządzenie rozpryskujące znajdujące się w dole przepływu. Około 1.1 kg propylenu na godzinę zostało wstrzyknięte przez parę stycznych dysz, w temperaturze około 644 K, pod ciśnieniem około

1.3 · 10⁵N/m².

Temperatura wewnątrz dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej znajdowała się pomiędzy 721, a 744 K, a temperatura na wyjściu reaktora osiągała poziom 751 K. Temperatura ściany znajdowała się pomiędzy 727, a 751 K. Selektywność obliczona na podstawie molowej propylenu to 88.4% chlorku allilu, 1.2%o 1,2-dichloropropanu, 3.7% 1,3-dichloropropylenu, oraz 3.7%

2-chloropropylenu.

Ten przykład ilustruje sterowanie wprowadzaniem substratu przez urządzenia wprowadzające do strefy reakcyjnej, znajdujące się w górze przepływu. Osoby o stosownym wykształceniu mogą przedstawić wiele modyfikacji opisanego powyżej wynalazku. Takie modyfikacje są uważane za znajdujące się w przedmiocie wynalazku, opisanego załączonymi zastrzeżeniami patentowymi.

179 364

FIG.2 FIG.3

FIG. 4

179 364

FIG. 5

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania chlorku allilu wykorzystujący specjalnie skonstruowany reaktor, znamienny tym, że najpierw do reaktora, równolegle do jego osi centralnej, wprowadza się chlor a następnie, stycznie wtryskuje się propylen do rozpylonego chloru, wytwarzając cyklonowy charakter mieszaniny propylenu i chloru, po czym odprowadza się wytworzony chlorek allilu.
2. Reaktor chemiczny do wytwarzania chlorku allilu zawierający zbiornik reakcyjny i przynajmniej urządzenia wprowadzające do strefy reakcyjnej posiadające przynajmniej dwa krańce, przy czym urządzenia wprowadzające do strefy reakcyjnej są połączone jednym krańcem ze źródłem substratów, a drugim krańcem z wnętrzem zbiornika reakcyjnego oraz przynajmniej jedną dyszę wtryskową połączoną ze źródłem substratu, która jest zabudowana wewnątrz zbiornika reakcyjnego z trójwymiarowym przepływem substratów, oraz posiada dobrze wymieszaną strefę reakcyjną wewnątrz zbiornika reakcyjnego, w której substraty są mieszane, i wylot posiadający dwa krańce, przy czym jeden kraniec pozostaje w kontakcie z wnętrzem zbiornika reakcyjnego, a drugi kraniec pozostaje w kontakcie z przestrzenią na zewnątrz zbiornika reakcyjnego, znamienny tym, że urządzenia wprowadzające (2, 3) do strefy reakcyjnej posiadają przynajmniej dwa wloty (2) reaktora oraz urządzenia rozpryskujące (3), które są przymocowane do wlotów (2) reaktora, przy czym urządzenia rozpryskujące (3) stanowią kraniec urządzeń wprowadzających do strefy reakcyjnej połączony z wnętrzem zbiornika reakcyjnego (9), a ponadto urządzenia rozpryskujące (3) są umieszczone naprzeciwko siebie, a dobrze wymieszana strefa reakcyjna (6) stanowi przestrzeń znajdującą się pomiędzy urządzeniami rozpryskującymi (3).
3. Reaktor według zastrz. 2, znamienny tym, że z dobrze wymieszaną strefą reakcyjną (6) sąsiaduje strefa przepływu tłokowego (7).
4. Reaktor według zastrz. 2, znamienny tym, że każde urządzenie rozpryskujące (3) zawiera ramiona rozpryskujące (3b), przy czym ramiona rozpryskujące są usytuowane promieniowo na zewnątrz od osi centralnej wlotu reaktora (2), a dysze (4) służące do wtryskiwania substratu, są umieszczone na ramionach rozpryskujących (3b).
5. Reaktor według zastrz. 2, znamienny tym, że w obudowie zbiornika reakcyjnego (9) umieszczone są dysze wtryskowe (5) wprowadzające substraty do dobrze wymieszanej strefy reakcyjnej (6).
6. Reaktor według zastrz. 5, znamienny tym, że dysza wtryskowa (5) jest umieszczona stycznie do osi centralnej reaktora.
7. Reaktor według zastrz. 5, znamienny tym, że posiada wiele dysz wtryskowych (5), a każda z dysz wtryskowych jest pozycjonowana pod kątem większym od 0° a mniejszym od 90° w stosunku do wzdłużnej płaszczyzny reaktora, przy czym dysze leżą w różnych poprzecznych płaszczyznach.
8. Reaktor według zastrz. 7, znamienny tym, że kąt każdej z dysz (5) w odniesieniu do osi centralnej reaktora jest jednakowy.
9. Reaktor według zastrz. 2, znamienny tym, że każde urządzenie rozpryskujące (3) stanowi pierścień usytuowany wkoło osi centralnej reaktora.

* * *