PL194706B1 - Sposób przeprowadzania reakcji gazu z cieczą orazreaktor przepływowy do przeprowadzania tego sposobu - Google Patents

Abstract

1. Sposób przeprowadzania reakcji gazu z ciecza, przy czym faze ciekla, która stanowi skladnik reakcji lub zawiera go w postaci rozpuszczonej, emulsyjnej lub zawiesinowej oraz faze gazowa zawierajaca przetwarzany gaz, w obec- nosci lub przy braku katalizatora, prowadzi sie we wspól- pradzie poprzez reaktor przeplywowy, przy czym reaktor ma przynajmniej trzy równolegle, umieszczone obok siebie i usytuowane w kierunku wzdluznym reaktora szczelinowe komory reaktora przeznaczone dla tego samego kierunku przeplywu, których stosunek szerokosci b do szerokosci szczeliny s srednio jest wiekszy niz 3, znamienny tym, ze stosuje sie reaktor przeplywowy, którego komory reaktora maja szerokosc szczeliny s w zakresie od 5 do 100 mm. 9. Reaktor przeplywowy do reakcji gazu z ciecza zawie- rajacy sciane reaktora w ksztalcie rury lub zbiornika, wlot do doprowadzania skladników reakcji, wylot do odprowa- dzania przetworzonej mieszaniny reakcji i przynajmniej trzy równolegle umieszczone obok siebie i usytuowane w kie- runku wzdluznym reaktora, komory reaktora przeznaczone dla tego samego kierunku przeplywu, których stosunek szerokosci komory do szerokosci szczeliny srednio jest wiekszy niz 3, znamienny tym, ze szerokosc szczeliny s znajduje sie w zakresie od 5 do 100 mm. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób przeprowadzania reakcji gazu z cieczą, przy czym fazę ciekłą stanowiącą składnik reakcji lub zawierającą taki składnik w postaci roztworu, emulsji lub zawiesiny, oraz fazę gazową zawierającą przetwarzany gaz, w obecności lub przy braku katalizatora prowadzi się poprzez reaktor przepływowy zawierający wiele komór reakcyjnych. Sposób nadaje się zwłaszcza do katalitycznych uwodornień i do reakcji utleniających, jak wytwarzanie nadtlenku wodoru sposobem antrachinonowym. Ponadto, przedmiotem wynalazku jest reaktor przepływowy do przeprowadzania tego sposobu, zawierający wiele równolegle umieszczonych komór reakcyjnych.

Reakcje gazu z cieczą przeprowadza się z cyrkulacją lub bez cyrkulacji ośrodka reakcji w różnie wykonanych kolumnach nadmuchowych (patrz Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry, wyd. 5, t. B4, str. 276-278 (1992r.)). Wydajność przestrzenno-czasowa (RZA) tego rodzaju reakcji gazu z cieczą w znacznym zakresie zależy od warunków przepływu w reaktorze. Zwiększenie RZA można spowodować przez intensyfikację przebiegu transportu materiału za pomocą turbulencji w strumieniu głównym. W reaktorach cyrkulacyjnych w pewnym zakresie można to spowodować przez zwiększenie cyrkulującej porcji. Lepszy rozkład nadmuchu uzyskuje się za pomocą dodatkowej rozbudowy reaktora, np. półek kolumny oraz uszczelek łącznie z elementami statycznego mieszania. Według innej postaci wykonania kolumna barbotażowa podzielona jest na oddzielne równoległe szybiki. Stanowiący podstawę niniejszego wynalazku stosunek szerokości komory do szerokości szczeliny oraz szerokość szczeliny nie da się wywnioskować z tego dokumentu.

Z opisu DE-AS 10 67 783 znana jest kolumna kontaktowa i rozdzielcza nadająca się także do przeprowadzania reakcji katalitycznych. Kolumna zawiera wiele odcinków z równoległymi płytami, które w kierunku głównego przepływu tworzą otwarte komory. Odstęp płyt w przykładowo 10-cio metrowej kolumnie, wynosi 1,2 mm. Opis ten nie zawiera żadnej wskazówki, aby dobierać wyraźnie większy odstęp pomiędzy płytami.

W opisie DE-AS 10 55 501 opisana jest kolumna do celów destylacyjnych lub do innych celów wymiany masy. Kolumna ta zawiera stos płyt. W dokumencie tym nie ma wskazówek, co do zastosowania kolumny do reakcji gazu z cieczą, a także co do odstępu płyt.

Z opisu GB 620 129 znane jest urządzenie destylacyjne, w którym zamiast elementów wypełniających, w kolumnie, równolegle do przepływu pary, ustawione są płyty. Ciecz i strumienie pary są w przeciwprądzie.

Reaktor strumieniowy według DE 195 36 971 zawiera zasadniczo równoległe, kapilarne kanały przepływowe usytuowane w kierunku przepływu głównego. Szerokość kanałów wynosi 0,08 do 0,4 mm.

Technicznie istotnym zastosowaniem reakcji gazu z cieczą jest sposób antrachinonowy wytwarzania nadtlenku wodoru [patrz Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry, wyd. 5, t. A13, str. 447-457 (1989r.)]. W stopniu uwodornienia w tym sposobie, antrachinonowy nośnik reakcji rozpuszczony w roztworze roboczym, w obecności katalizatora zawiesinowego, zostaje przeprowadzony za pomocą wodoru w postać antrahydrochinonu. Zgodnie z opisem patentowym DE 15 42 089 (= US 3,423,176) uwodornienie zachodzi w trójfazowym układzie reakcyjnym, w meandrycznie ukształtowanej przestrzeni reakcyjnej złożonej z pionowych rur na przemian wąskich i szerokich. Zwiększenie prędkości uwodorniania spowodowane jest w tym reaktorze przez uzyskiwaną w nim większą turbulencję. Jak wynika to z patentu US 4,428,923, w tym samym sposobie, przy zastosowaniu reaktora rurowego z meandrycznie usytuowanych rur o jednakowym przekroju, we wznoszących się i opadających segmentach zwiększa się mikroturbulencja, a tym samym również wydajność i odpowiednio wydajność przestrzenno-czasowa.

Sprawność przenoszenia energii (rozproszenia energii) koniecznej do wytwarzania turbulencji zależy od struktury turbulencji. Energia ulega redukcji kaskadowo, przez turbulencje zgrubne, drobne i mikroturbulencje, a właściwe procesy chemiczne w wielofazowym układzie sterowane są głównie przez mikroturbulencje.

Zamiast rurowego reaktora, z zastosowaniem katalizatora zawiesinowego, stopień uwodornienia w sposobie antrachinonowym służącym do wytwarzania nadtlenku wodoru zgodnie z EP-B 0 102 934, można zrealizować przez zastosowanie katalizatora o strukturze woszczynowej (makrokomórkowej). Katalizator ten zawiera dużą liczbę równoległych kanałów, których ściany pokryte są katalizatorem. Wąskie kanały powodują znaczne straty ciśnienia, co stwierdzono w patencie US 5,071,634, a także powodują słabe wymieszanie wodoru z roztworem roboczym i ewentualnie wywołują rozdział faz.

PL 194 706 B1

Wadą makrokomórkowych elementów pokrytych powłoką z katalizatora - to samo odnosi się do pokrytych powłoką statycznych elementów mieszających, jest to, że można je regenerować tylko za pomocą ich wymiany, co jest trudne i kosztowne. Dodatkową wadą jest niedostateczne przenoszenie ciepła na zewnątrz z obszarów wewnętrznych nośnika tego rodzaju katalizatora o budowie woszczynowej wykonanego zwykle z materiału ceramicznego. Strefy katalitycznej reakcji i odprowadzania ciepła są, więc od siebie oddzielone. Konieczne jest, więc zastosowanie dodatkowej aparatury do odprowadzania ciepła.

W procesie antrachinonowym służącym do wytwarzania H2O2 według patentu US 5,071,634 roztwór roboczy poddany działaniu H2 prowadzi się poprzez wzdłużne strefy statycznego mieszania zawierające liczne blachy odchylające pokryte powłoką z katalizatora. Takie strefy statycznego mieszania zapewniają wprawdzie dobre wymieszanie pęcherzyków gazu H2 z roztworem roboczym, i ze względu na rozkład strumienia na całym przekroju poprzecznym zapewniają także dobre przenoszenie ciepła do chłodzonej ściany zewnętrznej, jednakże takie wykonanie wymaga wyższych nakładów energii z powodu większych strat ciśnienia. Ponadto tego rodzaju elementy statycznego mieszania nie nadają się do zastosowania, jeżeli w sposobie stosuje się katalizator zawiesinowy, gdyż blachy odchylające rozmieszczone wzdłuż i w poprzek kierunku przepływu prowadzą do osadzania się katalizatora.

W sposobie z EP-A 0 672 617 mieszaninę roztworu roboczego i wodoru, ze stosunkowo dużą prędkością prowadzi się z góry do dołu poprzez złoże stałe katalizatora. Zgodnie z fig. 2 z tego opisu reaktor posiada pionowe płyty wykonane z dwóch siatek, pomiędzy którymi znajdują się cząsteczki katalizatora. Katalizator i siatki wypełniają około 30% przekroju poprzecznego reaktora tak, że duża część przekroju poprzecznego pozostaje wolna dla przepływu zawiesiny gazowo-cieczowej. Płyty muszą być przepuszczalne tak, aby mogła zachodzić stała wymiana roztworu roboczego znajdującego się po lewej i prawej stronie takiej płyty, co jest warunkiem reakcji katalitycznej. Wadliwe jest to, że z reguły wodór musi być użyty w nadmiarze i dlatego musi być on recyrkulowany. Ze względu na limitowany stopień wypełnienia katalizatorem wzrasta objętość reaktora i tym samym hold-up droższych roztworów roboczych.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu przeprowadzenia reakcji gazu z cieczą, w którym budowa aparatury reaktora powoduje większą wydajność przestrzenno-czasową (RZA) niż przy zastosowaniu znanych rurowych reaktorów przepływowych. Reaktor ma mieć możliwie prosta budowę i nadawać się do przeprowadzania reakcji gazu z cieczą w obecności substancji stałych stanowiących zawiesinę w ciekłym ośrodku, jak substancje stanowiące katalizatory zawiesinowe. Zgodnie z kolejnym zadaniem wynalazku, RZA procesu antrachinonowego do wytwarzania nadtlenku wodoru przy zastosowaniu katalizatora zawiesinowego, ma być większa w porównaniu do sposobu przy zastosowaniu znanych meandrowych reaktorów rurowych.

Zadanie to według wynalazku zostało rozwiązane za pomocą sposobu przeprowadzania reakcji gazu z cieczą, przy czym fazę ciekłą stanowiącą składnik reakcji lub zawierającą taki składnik w postaci roztworu, emulsji lub zawiesiny oraz fazę gazową zawierającą przetwarzany gaz w obecności lub przy braku katalizatora, prowadzi się we współprądzie poprzez reaktor przepływowy zawierający co najmniej trzy szczelinowe i równolegle obok siebie umieszczone oraz dla tego samego kierunku przepływu przeznaczone komory reakcyjne, których stosunek b do szerokości szczeliny s, średnio jest większy niż 3, a który charakteryzuje się tym, że stosuje się reaktor przepływowy, którego komory reaktora mają szerokość szczeliny s w zakresie 5 do 100 mm.

W zastrzeżeniach zależnych podane są korzystne postacie wykonania sposobu oraz zastosowanie sposobu do wytwarzania nadtlenku wodoru według procesu antrachinonowego. W sposób zamierzony stosunek b/s stosowanego, szczególnie korzystnie rurowego reaktora, wynosi w zakresie od 5 do 100, zwłaszcza 10 do 50, a szerokość szczeliny s wynosi w zakresie od 5 do 100 mm, zwłaszcza 5 do 50 mm.

Reaktor przepływowy do przeprowadzania sposobu zawiera ścianę reaktora w kształcie rury lub zbiornika, wlot do doprowadzania składników reakcji, wylot do odprowadzania przetworzonej mieszaniny reakcji i przynajmniej trzy umieszczone równolegle obok siebie i przeznaczone dla tego samego kierunku przepływu szczelinowe komory reaktora, których stosunek szerokości komory b do szerokości szczeliny s, średnio jest większy niż 3, a który charakteryzuje się tym, że szerokość szczeliny s znajduje się w zakresie od 5 do 100 mm.

W reaktorach przepływowych według wynalazku w prosty sposób wytwarza się mikroturbulencje, przez co przyspiesza się przemianę. Wiadome jest, że w odniesieniu do masy wydajność rozpraszania (W/kg) maleje wraz ze wzrastającą makroskalą dużej turbulencji (= rozmiary największych,

PL 194 706 B1 występujących pierwotnych zawirowań turbulencyjnych). Przez wykonanie reaktora według wynalazku możliwe jest zminimalizowanie tych dużych turbulencji i zwiększenie wydajności rozpraszania. Ze wzoru dgl = 4 A/U, gdzie dgl jest równowartościową średnicą w inaczej niż okrągła ukształtowanej przestrzeni reakcyjnej, odpowiadającą średnicy hydraulicznej w rurze okrągłej, natomiast A odpowiada powierzchni, a U obwodowi tej innej przestrzeni reakcyjnej, wynika dla poprzecznych przekrojów prostokątnych, takich jak szczelinowe komory reaktora według wynalazku, że dgl = 2-b-s/(b+s), gdzie s jest szerokością szczeliny i odpowiada mniej więcej makroskali, a b jest szerokością komory, co dla s 0 b daje dgl » 2s.

Z równania tego wynika, że w przypadku szczelinowych komór reakcyjnych, przy takiej samej liczbie Reynolds'a jak dla rur okrągłych zachodzi tylko około połowa makroskali. Dlatego w szczelinowych kanałach w stosunku do wiązki rur uzyskuje się to samo rozproszenie przy znacznie mniejszych stratach ciśnienia. Na straty ciśnienia wpływ ma nie tylko prędkość przepływu, lecz także tarcie o ściany. Jeżeli zbliżamy się do obszaru laminarnego, to straty ciśnienia w reaktorze według wynalazku ulegają dalszemu zmniejszeniu. Zaskakujące jest, że te aspekty jeszcze nigdy dotychczas nie były zastosowane w konstrukcjach reaktorów przepływowych do reakcji gazu z cieczą.

Wynalazek zostanie wyjaśniony na podstawie przykładu wykonania uwidocznionego na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny poprzez rurowy reaktor przepływowy z dwoma stosami płyt obróconymi względem siebie o kąt 90°, przy czym jeden stos składa się ze zwykłych płyt, a drugi stos wykonany jest z płyt wymiennika ciepła, fig. 2a - perspektywiczny widok rurowego reaktora przepływowego ze stosem składającym się z płyt wymiennika ciepła, fig. 2b - przekrój poprzeczny reaktora z fig. 2a, fig. 3 - przekrój poprzeczny przez profilowaną płytę wymiennika ciepła, a fig. 4 przedstawia schemat przeprowadzania sposobu według wynalazku na przykładzie uwodornienia w obecności katalizatora zawiesinowego.

Na fig. 1 przedstawiona jest budowa reaktora przepływowego. Rurowy reaktor przepływowy 1 zawiera ścianę reaktora 2, wlot 3, wylot 4 i dwa stosy płyt 5, 6 umieszczone w rurze reaktora. Każdy stos zawiera wiele (n) równolegle umieszczonych płyt 7/1 do 7/n, które usytuowane są w kierunku wzdłużnym rury i w ten sposób tworzą n+1 szczelinowych komór reaktora 8 otwartych w kierunku przepływu. W reaktorze z fig. 1 stos 5 obrócony jest o kąt 90° względem stosu 6. Szerokość szczeliny odpowiada odstępowi płyt s, zaznaczonemu na rysunku pomiędzy płytami 7/1 i 7/2. Płyty połączone są ze sobą za pomocą tulei dystansowych 9 i za pomocą kotwi 10 zamocowane są w rurze. Szczelinowe komory reaktora 3 mają szerokość b, która zaznaczona jest jako szerokość b płyty 7/m znajdującej się w środku rury.

Istotną cechą wynalazku dotyczącą rurowych reaktorów, a także reaktorów o innych przekrojach poprzecznych, jest to, że stosunek szerokości b do szerokości szczeliny s średnio jest większy niż 3, korzystnie większy niż 5, a szczególnie korzystnie jest większy niż 10. W sposób zamierzony stosunek b/s znajduje się w zakresie od 5 do 100, zwłaszcza w zakresie od 10 do 50, a szerokość szczeliny znajduje się w zakresie od 5 do 100 mm, zwłaszcza w zakresie od 5 do 50 mm, a szczególnie korzystnie wynosi 10 do 50 mm.

Płyty w kierunku do ściany reaktora mogą być otwarte, jak widać to ze stosu płyt 5 na fig. 2, lub mogą być zamknięte. Przy budowie otwartej, dobrze widocznej z fig. 2 możliwe jest konstruowanie stosu płyt 5 o jednakowej szerokości płyt, a tym samym i komór, co stwarza szczególnie prostą konstrukcję. Jeżeli płyty sięgają do ściany reaktora, to w przypadku reaktora rurowego o okrągłym przekroju poprzecznym płyty muszą mieć różną szerokość tak, że w tym przypadku stosunek b/s dla każdej szczeliny zależy od średniej szerokości płyty.

W reaktorze z fig. 1 stos płyt 5 wykonany jest ze zwykłych blach prowadzących, natomiast stos płyt 6, jest wykonany z płyt wymiennika ciepła, do których doprowadza się, względnie od których odprowadza ośrodek cieplny lub chłodniczy za pomocą króćców 11 i 12. W celu zwiększenia turbulencji płyty mogą być również profilowane. Reaktor może zawierać jeden lub wiele jednakowych albo różnie wykonanych stosów płyt.

Na fig. 2a przedstawiony jest perspektywicznie, częściowo otwarty widok reaktora rurowego 201 z umieszczonym w rurze 202 stosem 205 składającym się z kilku równolegle rozmieszczonych płyt wymiennika ciepła 207 o stałej szerokości. Do płyt doprowadza się, względnie odprowadza się od nich przez króćce 211 i 212 ośrodek cieplny lub chłodniczy. Równoległy układ płyt jest tu zapewniony za pomocą żeber łączących lub płyt łączących 209/1 i 209/2, które jednocześnie pełnią funkcję tulei dystansowych i rozdzielają ośrodek cieplny względnie chłodniczy do poszczególnych płyt. Na fig. 2b przedstawiony jest przekrój poprzeczny reaktora 201 z fig. 2a, z umieszczonym wewnątrz stosem 205

PL 194 706 B1 wymiennika ciepła, przy czym oznaczenia odpowiadają oznaczeniom z fig. 2a. Na fig. 2b zaznaczone są dodatkowo zamocowania płyt (kotwy) 210. Ośrodek reakcyjny tzn. mieszania gazu z cieczą przepływa przez komory reakcyjne 208 utworzone pomiędzy płytami oraz poprzez segmenty rury 213 utworzone poniżej i powyżej stosu, oraz ewentualnie również poprzez segmenty rury 214 utworzone po lewej i po prawej stronie stosu.

Zarówno w przypadku zwykłych blach kierujących (wg. stosu 5 z fig. 1), jak i w odniesieniu do płyt wymiennika ciepła (wg. stosu 6 z fig. 1, oraz z fig. 2a i 2b), płyty można kształtować profilowo, aby usprawnić tworzenie się mikroturbulencji. Tego rodzaju profilowana płyta przedstawiona jest w przekroju na fig. 3, przy czym jest to spawana płyta wymiennika ciepła z kanałami do ośrodka cieplnego lub chłodzącego.

Mimo, że rurowe reaktory według wynalazku są szczególnie korzystne, to możliwe jest również konstruowanie blokowych reaktorów z jednym lub z kilkoma umieszczonymi w nich stosami płyt o stosunku b/s według wynalazku. Tego rodzaju blokowe reaktory są korzystne wtedy, gdy płyty wykonane są ze spawanych płyt wymiennika ciepła.

Schemat sposobu do prowadzenia reakcji gazu z cieczą, w tym przypadku do uwodorniania roztworu roboczego (AL) w obecności katalizatora zawiesinowego, w reaktorze według niniejszego wynalazku, przedstawiony jest na fig. 4. Przedstawiony schemat sposobu można stosować do dowolnych reakcji gazu z cieczą, np. do uwodorniania przy użyciu gazu zawierającego wodór i katalizatora uwodorniającego przeprowadzonego w stan zawiesiny w ciekłym ośrodku, i do reakcji utleniających przy użyciu gazu zawierającego tlen. Przykład zastosowania dotyczy sposobu wytwarzania nadtlenku wodoru sposobem antrachinonowym, przy czym w pierwszym stopniu rozpuszczony w reaktorze roboczym antrachinonowy nośnik reakcji uwodornia się katalitycznie i w następnym stopniu uwodorniony nośnik reakcji utlenia się za pomocą gazu zawierającego O₂, a utworzony nadtlenek wodoru ekstrahuje się przy użyciu wody, przy czym w stopniu uwodornienia w obecności katalizatora zawiesinowego i/lub w stopniu utlenienia, sposób prowadzi się przy zastosowaniu reaktora według wynalazku. W stopniu uwodornienia, w tym procesie, przeznaczony do uwodornienia nośnik reakcji rozpuszczony w organicznym rozpuszczalniku lub mieszaninie rozpuszczalników a stanowiący zwykle dwualkiloantrachinon lub mieszaninę dwualkiloantrachinonu i dwualkilo-trójhydroantrachinonu, w obecności katalizatora zawiesinowego, najczęściej w postaci czerni palladowej, zostaje przeprowadzony przynajmniej częściowo w postać hydrochinonu.

Taki stopień uwodornienia wynalazku można stosować przy użyciu znanych ze stanu techniki nośników reakcji, rozpuszczalników i mieszanin oraz katalizatorów zawiesinowych, na co wskazuje zacytowany uprzednio fragment z Ullmnn'a t. A13, 447-457 (1989r).

Instalacja z fig. 4 zawiera dwa szeregowo połączone rurowe reaktory przepływowe 401 o budowie według wynalazku. Poszczególne stosy płyt 411 obrócone względem siebie, zaznaczone są jako naprzemian szare i białe segmenty.

Wodór doprowadzany jest poprzez przewód 402 do przewodu obiegowego 404, w którym znajdują się składniki reakcji w postaci ciekłej, zawiesinowej lub rozpuszczonej oraz katalizator zawiesinowy. Roztwór roboczy AL zawierający składnik przeznaczony do uwodornienia wprowadzany jest do przewodu obiegowego 404 poprzez przewód 403. Mieszanina reakcyjna gazu i cieczy przepływa poprzez reaktory 401, gdzie wodór celowo całkowicie podlega przemianie. Ciekły ośrodek wychodzący z drugiego reaktora przechodzi do zbiornika pośredniego 405 i za pomocą pompy 406 doprowadzany jest poprzez przewód 407 do filtra 408. W filtrze 408, który zawiera różnego rodzaju elementy filtracyjne 409, np. świece filtracyjne, lub może być wykonany jako filtr z przepływem poprzecznym, strumień cząstkowy 410, za pomocą elementów filtracyjnych zostaje pozbawiony katalizatora zawiesinowego. Strumień cząstkowy 410 (tzn. filtrat), z którego, zgodnie z potrzebą, mała część może być wykorzystana do płukania wstecznego filtra (zaznaczone to jest podwójnymi strzałkami różnej długości), doprowadzany jest do kolejnych stopni lub do stopni przeróbczych. Przepływająca poprzez filtr część przetwarzanej mieszaniny reakcyjnej zawierająca zawiesinowy katalizator, poprzez przewód 404 doprowadzana jest do stopnia uwodorniania. Ciekły ośrodek w ilości odpowiadającej odprowadzonemu filtratowi doprowadzany jest do przewodu 404 przed miejscem wprowadzania wodoru poprzez przewód 403.

Jak to wynika z przykładu B według wynalazku i przykładu porównawczego VB, sposób według wynalazku prowadzi do dużego wzrostu wydajności przestrzenno-czasowej. Za pomocą zaskakująco dużej wydajności reaktora według wynalazku zwiększa się nie tylko wydajność przestrzenno-czasowa, lecz jednocześnie zmniejsza się nakład aparaturowy i zapotrzebowanie energii.

PL 194 706 B1

Podczas, gdy w znanym sposobie (US 4,428,923) konieczne było użycie wielu rur reakcyjnych rozmieszczonych w kształcie meandra, to przy utrzymaniu wydajności instalacji, liczbę rur można zmniejszyć do mniej niż jednej trzeciej, jeżeli te rury wyposażone są w stosy płyt według wynalazku. Dalsza zaleta polega na tym, że konieczne dotychczas duże porcje krążącego w obiegu ośrodka i konieczna do tego duża wydajność pomp, teraz już nie występują. Podczas, gdy dotychczas do filtra doprowadzano tylko strumień cząstkowy, a strumień główny zawracany był do stopnia uwodorniania, to obecnie uwodorniony roztwór roboczy w strumieniu głównym zostaje uwolniony od katalizatora zawiesinowego. Inna zaleta polega na tym, że wskutek zmniejszenia liczby rur reakcyjnych zachodzi odpowiednio duże zmniejszenie całkowitej objętości roztworu roboczego i katalizatora zawiesinowego. Zmniejszona liczba rur reakcyjnych powoduje ponadto zmniejszenie ilości koniecznej stali konstrukcyjnej, a tym samym zmniejsza koszt instalacji. Ponieważ w obiegu znajduje się tylko ta ilość uwodornianego roztworu roboczego, która nie została odprowadzona jako filtrat, a ponadto strata ciśnienia w celu wytworzenia mikroturbulencji jest w instalacji mniejsza niż w uprzednio znanych sposobach, pompy przetłaczające mogą być mniejszych rozmiarów, co powoduje oszczędność energii.

Przedstawiona na fig. 2 kombinacja złożona ze stosu płyt w postaci zwykłych płyt - w razie potrzeby płyty te mogą być profilowane - i ze stosu płyt wymiennika ciepła, może mieć takie rozmiary, jakie wynikną z bilansu cieplnego prowadzonej reakcji.

Niespodziewany skutek działania reaktora według wynalazku zostanie wyjaśniony na podstawie poniższego przykładu i przykładu porównawczego.

Przykład (B) i przykład porównawczy (VB).

W urządzeniu według fig. 4, lecz z trzema reaktorami przepływowymi 401 według wynalazku (odpowiada 1,5 pętli), zrealizowano stopień uwodornienia procesu antrachinonowego w celu wytworzenia nadtlenku wodoru (B). W każdej z trzech rur, zgodnie z fig. 1, znajdował się zwykły stos płyt i stos płyt wymiennika ciepła. Odstęp szczeliny wynosił 25 mm, a szerokość komór średnio wynosiła 350 mm.

W celach porównawczych (VB) przeprowadzono sposób w urządzeniu według fig. 1 z opisu patentowego US 4,428,923, przy czym reaktor zawierał 13 rur (6,5 pętli), a przewód cyrkulacyjny 4a z patentu US był w eksploatacji. Długość rur i średnica tych rur w przykładzie porównawczym i w przykładzie według wynalazku, były jednakowe.

Roztwory robocze w przykładach B i VB były takie same. Każdy z nich zawierał jako nośnik reakcji mieszaninę złożoną z dwuetyleno- i dwuamyloantrachinonu oraz ich trójwodoroatrachinonu w mieszaninie rozpuszczalnika z mieszaniny alkiloaromatycznej (Shellsol®) z trójoctylofosforanem. Całkowita zawartość chinonów wynosiła 175 g/l. Roztwór roboczy jako zawiesinowy katalizator zawierał czerń palladową w ilości około 1 g Pd/l roztworu roboczego. W temperaturze 60°C doprowadzano H2 i uwodorniano nośnik reakcji.

W przykładzie według wynalazku i w przykładzie porównawczym poprzez filtr (408 na fig. 4 niniejszego zgłoszenia i 6 na fig. 1 patentu US) odprowadzano taką samą ilość roztworu roboczego i doprowadzano do stopnia utleniającego, który zawierał odpowiednią część hydrochinonu, aby w następnych stopniach procesu produkować około 11 do 13 g H2O2/ roztworu roboczego.

Wskutek, stosów płyt według wynalazku znajdujących się w rurach reaktora, przy utrzymaniu wydajności instalacji można było nie tylko zmniejszyć liczbę rur reaktora z 13 do 3, lecz także objętość roztworu roboczego zawartego w rurach reakcyjnych, łącznie z katalizatorem z metalu szlachetnego, zmniejszyć do mniej niż jednej czwartej ilości koniecznej w przykładzie porównawczym. Jednocześnie zmniejszeniu uległa strata ciśnienia w instalacji, a tym samym zapotrzebowanie energii. Poza tym stwierdzono, że trzecia rura w przykładzie według wynalazku jest zbędna, gdyż przemiana nośnika reakcji z wodorem już w drugiej rurze była całkowita. Jak wskazuje porównanie, wydajność przestrzenno-czasowa stopnia uwodornienia (=kg ekwiwalentu H2O2 na m³ objętości reaktora i na godzinę) uległa znacznemu wzrostowi.

Claims (9)

1. Sppsób przzprowaadzniareekcjj ggauz cieccą, przzcczm faazciekłą, którą stanowi ssładnik reakcji lub zawiera go w postaci rozpuszczonej, emulsyjnej lub zawiesinowej oraz fazę gazową zawierającą przetwarzany gaz, w obecności lub przy braku katalizatora, prowadzi się we współprądzie poprzez reaktor przepływowy, przy czym reaktor ma przynajmniej trzy równoległe, umieszczone obok

PL 194 706 B1 siebie i usytuowane w kierunku wzdłużnym reaktora szczelinowe komory reaktora przeznaczone dla tego samego kierunku przepływu, których stosunek szerokości b do szerokości szczeliny s średnio jest większy niż 3, znamienny tym, że stosuje się reaktor przepływowy, którego komory reaktora mają szerokość szczeliny s w zakresie od 5 do 100 mm.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się rurowy reaktor, którego komory utworzone są w postaci umieszczonego w rurze stosu płyt o odstępie płyt wynoszącym s równym szerokości szczeliny i zawierającym się w zakresie od 5 do 50 mm, a ich stosunek b/s średnio zawiera się w zakresie od 5 do 100, przy czym komory w kierunku ściany reaktora mogą być otwarte lub zamknięte, zaś w kierunku przepływu są one otwarte.

3. Sposóbwedług z^^tr^^. 1 albo 2, znamienny tym. że stosujesię reaktor, w którym przynajmniej część ścian znajdujących się pomiędzy komorami reaktora wykonana jest jako płyty wymiennika ciepła, przez które przepływa ośrodek wymiany ciepła, a temperatura w komorach reakcyjnych regulowana jest za pomocą tego ośrodka.

4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuue się reaktor, który ma przynajmniej jeden stos ze zwykłych płyt tworzący w kierunku przepływu równoległe komory i ma przynajmniej jeden stos z płyt wymiennika ciepła tworzący równoległe komory w kierunku przepływu, a temperaturę reguluje się za pomocą ośrodka przepływającego przez płyty wymiennika ciepła.

5. Sposób wet^łuu] jednego z zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że stosie się reaktor, którego komory mają szerokość szczeliny s zawierającą się w zakresie od 10 do 50 mm, i średnio mają stosunek b/s w zakresie od 10 do 50.

6. Sposób według jednego z zasSrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że poprzez reaktor, we współprądzie prowadzi się fazę ciekłą, która zawiera rozpuszczony składnik reakcji i dodatkowo, katalizator zawiesinowy.

7. Sposób według jednego z zas-trz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że jako reakcję gazu z cieczą prowadzi się katalityczne uwodornienie przy użyciu gazu zawierającego wodór lub utlenianie, przy użyciu gazu zawierającego tlen.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że jako fazę ciekłą stosuje się do wytwarzania nadtlenku wodoru roztwór roboczy zawierający zgodnie ze sposobem antrachinonowym rozpuszczone antrachinonowe nośniki reakcji, który zawiera zawiesinowy katalizator uwodarniający, a jako fazę gazową stosuje się gaz zawierający wodór.

9. Reaktor przepływowy do reakcji gazu z cieczą zawieraaący ścianę reaktora w kształcie rury lub zbiornika, wlot do doprowadzania składników reakcji, wylot do odprowadzania przetworzonej mieszaniny reakcji i przynajmniej trzy równolegle umieszczone obok siebie i usytuowane w kierunku wzdłużnym reaktora, komory reaktora przeznaczone dla tego samego kierunku przepływu, których stosunek szerokości komory do szerokości szczeliny średnio jest większy niż 3, znamienny tym, że szerokość szczeliny s znajduje się w zakresie od 5 do 100 mm.