PL192577B1 - Urządzenie do produkcji cykloheksanolu i cykloheksanonu przez utlenianie cykloheksanu - Google Patents

Abstract

Urządzenie do produkcji cykloheksanolu i cykloheksanonu przez utlenianie cykloheksanu w fazie ciekłej gazami zawierającymi tlen, stanowiące cylindryczny poziomy reaktor, wewnątrz podzielony przegrodami na komory z umieszczonymi na różnych poziomach dystrybutorami gazu, których ramiona mają postać rur z otworami, znamienne tym, że ramiona dystrybutorów gazu znajdujących się na różnych poziomach tworzą między sobą kąt od 5 do 90 stopni.

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do produkcji cykloheksanolu i cykloheksanonu poprzez utlenianie cykloheksanu pozwalające na zwiększenie produkcji cykloheksanolu i cykloheksanonu w jednostce reakcyjnej z jednoczesnym maksymalnym wykorzystaniem czynnika utleniającego.

Cykloheksanol i cykloheksanon produkowane są prawie wyłącznie z cykloheksanu przez jego utlenianie w fazie ciekłej z użyciem gazu zawierającego tlen, najczęściej powietrza o składzie atmosferycznym, rzadziej powietrza wzbogaconego w tlen. Zazwyczaj proces ten prowadzi się w temperaturze 135°C do 180°C, pod zwiększonym ciśnieniem 0,8 do 1,2 MPa. W procesie tym, obok produktów pożądanych jakimi są cykloheksanol i cykloheksanon powstają produkty uboczne, główne z nich to kwasy jedno i dwukarboksylowe oraz ich estry.

Z punktu widzenia uzyskiwania wysokiej selektywności, utlenianie cykloheksanu zaliczane jest do najtrudniejszych procesów w realizacji wielkoprzemysłowej, bowiem cykloheksanol i cykloheksanon utleniają się łatwiej do niepożądanych związków, niż cykloheksan do produktów pożądanych. Aby proces ten przebiegał z względnie wysoką selektywnością, muszą być zapewnione odpowiednie warunki, na które składają się nie tylko parametry procesowe, ale także urządzenie zapewniające ich spełnienie.

Na ogół, proces ten prowadzi się z niskim stopniem przereagowania cykloheksanu 3 do 6%, gdyż ze wzrostem konwersji cykloheksanu maleje selektywność przebiegu procesu, a więc tworzą się większe ilości produktów niepożądanych, na które zużywany jest cykloheksan i tlen powietrza. Oprócz ograniczenia stopnia konwersji, znanym sposobem poprawy selektywności procesu utleniania cykloheksanu jest prowadzenie tego procesu w kilku szeregowo połączonych stopniach reakcyjnych, na przykład baterii reaktorów, znacznie lepiej w wielokomorowym poziomym reaktorze. Reaktor wielokomorowy pozwala na zbliżenie warunków przebiegu procesu do tych, jakie mają miejsce w reaktorach tłokowych, przy czym w obrębie poszczególnych komór zapewnione powinno być możliwie jak najlepsze wymieszanie cieczy.

Znany jest poziomy reaktor wielokomorowy, o cylindrycznej obudowie podzielonej wewnątrz przegrodami przelewowymi na komory, do których doprowadzany jest gaz zawierający tlen. System dystrybucji gazu utleniającego w cieczy reakcyjnej powinien zapewniać; właściwą hydraulikę barbotażu, rozwinięcie powierzchni kontaktu ciecz-gaz, jak też jednorodność-stężeń związków w obrębie każdej z komór reakcyjnych, a więc wymieszanie cieczy reakcyjnej zbliżone do idealnego.

W polskim opisie patentowym nr 94062 przedstawiono system rozpraszania gazu w cieczy, w poziomym reaktorze cylindrycznym, podzielonym przegrodami na komory reakcyjne. Według tego systemu, gaz utleniający rozpraszany jest w cieczy poprzez dystrybutor składający się z szeregu rur z równomiernie nawierconymi otworami, które to rury mają kształt łuku dopasowanego do krzywizny dna reaktora. Rury dystrybutora umieszczone są równolegle do kołowego przekroju poprzecznego reaktora, a więc prostopadle do przepływu cieczy. Ze względu na łukowy kształt dystrybutora, słup cieczy nad jego skrajnymi częściami jest niższy niż nad jego częścią środkową. Z tej przyczyny wypływający przez otworki gaz napotyka na swojej drodze różny opór hydrostatyczny, większy w środkowej części ramienia dystrybutora, mniejszy w jego częściach skrajnych. Taki system rozpraszania gazu utleniającego powoduje istotne różnice w natężeniu przepływu gazu w różnych miejscach komór reaktora.

Inne znane systemy rozpraszania gazu w cieczy stosowane w reaktorach utleniania węglowodorów, jak na przykład dystrybutory perforowane płaskie umieszczone w pewnej odległości od dna równoległe do wzdłużnego przekroju reaktora, mają znacznie więcej wad, udoskonalono więc dystrybutor łukowy. Ulepszony system dystrybucji gazu w cieczy przedstawiony jest w polskim opisie patentowym nr 136028. Udoskonalenie polega na nierównomiernym owierceniu ramion łukowego dystrybutora gazu. Pozwala to, na równomierne natężenie gazu utleniającego odniesione do rzutu poziomego ramion dystrybutora, co powoduje poprawę hydrodynamiki barbotażu.

Niezależnie od zastosowanej konstrukcji dystrybutora, pęcherzyki gazu unoszące się w cieczy mają naturalną tendencję do łączenia się w aglomeraty o dużych rozmiarach. Jest to zjawisko niekorzystne, gdyż zmniejszeniu ulega powierzchnia kontaktu gaz-ciecz, jak również pogarszają się warunki hydrodynamiczne barbotażu. Zjawisko to występuje ze szczególnym nasileniem w reaktorach przemysłowych o dużych wymiarach, a więc wysokich słupach cieczy nad dystrybutorem gazu utleniającego. Łączeniu wznoszących się w cieczy pęcherzyków gazu w ograniczonym stopniu zapobiega sposób

PL 192 577 B1 według polskiego opisu patentowego nr 141698 wprowadzający wiele poziomów dystrybucji gazu utleniającego.

Równoległe usytuowanie ramion dystrybutorów na różnych poziomach, korzystne dla wytworzenie mieszania pionowego wykorzystującego różnice gęstości cieczy o różnym stopniu napowietrzenia, nie zapewnia doskonałego mieszania w całej komorze reakcyjnej, a szczególnie w kierunku prostopadłym do przepływu cieczy. Powoduje to, że w każdej z komór występują obszary stagnacji cieczy, przy czym ich objętościowy udział może być różny w poszczególnych komorach reaktora. Górne warstwy cieczy reakcyjnej nie mają odpowiedniego kierunku zawirowania, co powoduje, że zwiększeniu ilości gazu utleniającego do górnych dystrybutorów towarzyszy wzrost tlenu w gazach odlotowych, a więc ograniczone jego przereagowanie.

Urządzenie przedstawione w polskim opisie patentowym nr 152429 polegające na wprowadzeniu przegród między sąsiadującymi ramionami dystrybutora spowodowało, że ruch górnych warstw cieczy ukierunkowany został ku dołowi reaktora. Jednak, przyprzegrodowe warstwy cieczy nie w pełni uczestniczą w absorpcji tlenu z gazu utleniającego.

Powyżej omówionych wad nie ma urządzenie będące przedmiotem niniejszego wynalazku.

Urządzenie do produkcji cykloheksanolu i cykloheksanonu przez utlenianie cykloheksanu w fazie ciekłej gazami zawierającymi tlen, stanowiące cylindryczny poziomy reaktor, wewnątrz podzielony przegrodami na komory z umieszczonymi na różnych poziomach dystrybutorami gazu, których ramiona mają postać rur z otworami, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ramiona dystrybutorów gazu znajdujących się na różnych poziomach tworzą między sobą kąt od 5 do 90 stopni.

Korzystnie jest, jeśli w urządzeniu według wynalazku ramiona kolejnych dystrybutorów znajdujących się na sąsiednich poziomach tworzą między sobą ten sam kąt.

Dla niezbyt dużych średnic reaktora korzystne jest zastosowanie dwu dystrybutorów umieszczonych na różnych poziomach, których ramiona tworzą między sobą kąt 90 stopni.

Przykład

Urządzenie według wynalazku zostało przedstawione na rysunku. Na rysunku podano przykład zastosowania dwu dystrybutorów gazu umieszczonych na różnych poziomach, których ramiona tworzą między sobą kąt 90 stopni. Rysunek przedstawia część reaktora zawierający jedną komorę, pokazaną w dwóch przekrojach na fig. 1 i fig. 2. Na fig. 1 przedstawiono przekrój podłużny komory reaktora, na fig. 2 odpowiadający mu przekrój poprzeczny. Na rysunku pokazano: ramiona dolnego dystrybutora 1, górnego dystrybutora 2, przegrodę dolną 3 i górną 4 oddzielające komorę od sąsiadujących komór, płaszcz reaktora 5, króciec wlotowy 6 gazu do dystrybutora górnego 2 króciec wlotowy 7 gazu do dystrybutora dolnego 1 oraz króciec wylotowy 8 gazów z komory.

Usytuowanie ramion dystrybutorów gazu utleniającego względem siebie jak w urządzeniu według wynalazku wzmaga wymieszanie cieczy reakcyjnej, porządkuje strukturę cyrkulacji cieczy i pozwala na znacznie pełniejsze wykorzystanie tlenu z gazu utleniającego podawanego do reaktora w dużej ilości.

Dla przypadku dwu dystrybutorów stwierdzono, że ilość gazu doprowadzaną do górnego dystrybutora można zwiększyć aż do 55% całkowitej ilości podawanego gazu, przy zachowaniu tej samej selektywności, nie powodując wzrostu zawartości tlenu w gazach opuszczających komorę reakcyjną powyżej 3%. Świadczy to, o pełniejszym wykorzystaniu tlenu z doprowadzanego do komór w zwiększonej ilość powietrza i w konsekwencji umożliwia intensyfikacje produkcji w przeliczeniu na jednostkę objętości cieczy w reaktorze. W dotychczasowych urządzeniach, z równoległym usytuowaniem ramion dystrybutorów na różnych poziomach, ilość podawanego gazu do dystrybutora górnego nie przekraczała 25% ze względu na niekorzystny wzrost zawartości tlenu w gazach odlotowych.

Zwiększone przereagowanie tlenu, przy zachowaniu selektywności, to przede wszystkim zwiększona produkcja cykloheksanolu i cykloheksanonu, to także mniejsza zawartość tlenu w gazach odlotowych i mniejsza ich ilość. Zmniejszenie ilości gazów odlotowych wynikłe z pełniejszej absorpcji z nich tlenu, to mniejsza ilość związków organicznych wyprowadzana z tymi gazami, a więc mniejsze obciążenie gazowe aparatów ściśle związanych z reaktorem, takich jak: bezprzeponowy wymiennik ciepła i kolumna absorpcyjna związków organicznych z tych gazów.

Claims (3)

1. Urządzenie do produkcji cykloheksanolu i cykloheksanonu przez utlenianie cykloheksanu w faziz yizSłzj gazami zawizrająykmi tlzu, ataunwiąyz ykliuUrkyzuk pnzinmk rzaStnr, wzwuątrz pnUzizInuk przzgrnUami ua Snmnrk z umizazyznukmi ua różukye pnzinmaye Ukatrkbutnrami gazu, Stórkye raminua mają pnatać rur z ntwnrami, znamienne tym, żz raminua Ukatiybutorów gazu zuajUująykyh aię ua różukye pnzinmaye twnrzą mięUzk anbą Sąt nU 5 Un 90 atnpui.

2. UrząduekiewekUuu zaatrz. 1,z znmieenntym, żż ramionokclejnoky dUStrykbtorów zzujd^ąykyh aię ua aąaizUuiye pnzinmaye twnrzą mięUzk anbą taSi aam Sąt.

3. Ur^^c^^^^ii^ wecUuu z^^tt^. 1, zn^r^i^nr^^ tym, żż podiiclU dUva dustfzSlJtodz w komonze umizazyznuz ua różukye pnzinmaye, Stózkye raminua twnrzą mięUzk anbą Sąt 90 atnpui.