PL20953B1 - Urzadzenia do przeprowadzania reakcy] katalitycznych. - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 22 grudnia 1928 r. (Stany, zjednoczone Ameryki).Wynalazek dotyczy urzadzenia, sluza¬ cego do przeprowadzania reakcyj egzoter- miczaiyoir ldb wymagajacych dokladnego regajtówania temperatur. Znane sa urzadze- niarkatalitycznej skladajaee sie z wiekszej liczfey komór, z których pierwsza komora jest ochladzana gazami reakcyj dla zapo¬ biezenia przedaza/niu; komora ta jest po¬ laczona z warstwami katalizatora ldb z ko¬ morami, które nie sa ochladzane gazami re¬ akcji Urzadzenie to pracuje z dobrym wyni¬ kiem przy pewnych reakcjach, o ile komo¬ ry urzadzenia nie przekraczaja wielkosci okreslonej. Jeizeli jednak przeprowadza sie reakcje silnie egzotermiczne lub tez reak¬ cje, które wymagaja innej temperatury w pierwszych warstwach lub komorach, niz w warstwach nastepujacych, mp. przy wy¬ twarzaniu kwasu siarkowego sposobem kontaktowym, tonie mozna regulowac tem¬ peratury w warsitwajch slaibo ochladKscnych.Z drugiej strony, przy reakcjach, przy któ¬ rych ostatnie warstwy katalizatora lufo ko¬ mory powinny posiadiac nizsza temperatu¬ re dla utrzymywania równowagi reakcji, gazy posiadaja zbyt wysoka temperature i musza byc ochladzane zapomoca chlodni* posrednich i urzadzen do wymiany ciepla, nie moga wiec ochlacfeac ostatniej warstwy katalizatora. Chfodhice r urzadzenia do* wymiany ciepla wymagaja dla swego umie-szczenia wiekszej przestrzeni oraz utrud¬ niaja regulowanie temperatury w ostatnich warstwach katalizatora lub komorach.Wedlug wynalazku stosuje sie wieksza liczbe warstw katalizatora lub komór re¬ akcyjnych, z których pierwsza warstwa lub komora jest ochladzana gazami reakcji, podczas gdy ochladzanie drugiej warstwy ldb komory jest zupelnie odrebne i moze byc dokonywane w pewnych przypadkach takiemi gazami reakcji, które nie przeply¬ nely przez pierwsza warstwe. Warstwy ka¬ talizatora i komory reakcyjne umieszcza sie w jednej oslonie dla dogodnosci i za¬ oszczedzenia miejsca, mozna je jednak u- miescic oddzielnie jedna obok drugiej.Urzadzenie wedlug wynalazku- nadaje sie do utleniania: benzenu, toluenu, fenolu, fenolu smolowego lub furfurolu na kwas jablkowy lub fumarowy; krezolu na alde¬ hyd salicylowy lub kwas salicylowy; tolu¬ enu i jego produktów chlorowcowych i azotowych na odpowiednie aldehydy i kwa¬ sy; ksylenu, pseudokumolu, mezytylenu, paracynolu i innych pochodnych na alde¬ hydy odpowiednie i kwasy; naftalenu na a - naftachinon, bezwodnik kwasujtalowe- j|o i kwas jablkówyT antracenu luTlinfra^- chinon; fenantrenu na fenatrachinon, bez wodnik kwasu ftalowego i kwas jablkowy; acenaftenu na acenaftylen, acenaftachinon, kwas nafto-aldehydowy i pólmelitowy; flu- orenu i fluoru odwodnionego na fluorenon; eugenolu lub izoeugenolu na waniline lub kwas wanilinowy; alkoholu metylowego i metanu na formaldehyd; alkoholu etylowe¬ go na kwas octowy.Równiez utlenianie materjalów orga¬ nicznych, przy którem zanieczyszczenia zo¬ staja spalone lub przemieniaja sie w ma- terjaly, usuwane latwo, wymaga dokladne¬ go regulowania temperatury. Do tych reak- cyj nalezy spalanie karbazolu, zawartego w antracenie i fenantrenie, oczyszczanie su¬ rowego naftalenu, weglowodorów aroma¬ tycznych, surowych zwiazków alifatycz¬ nych, np. olejów, zawierajacych siarke, i paliw do silników, wydzielanie smoly gazo¬ wej z amonjaku. Urzadzenie nadaje sie do przeprowadzania rozkladu i utleniania amonjaku, do egzotermicznych reakcyj ka¬ talitycznych w fazie parowej, np. uwo¬ dorniania, zgeszczania, do reakcyj, odby¬ wajacych sie pod wielkiem cisnieniem, do katalitycznego oczyszczania gazów, do roz¬ kladu kwasu cyjanowodorowego, do wy¬ twarzania produktów redukcji tlenku we¬ gla, np. metanolu lub paliw silnikowych, do redukowania cial azotowych na aminy, np. nitrobenzolu na aniline, fenoli na cyklo¬ heksan, naftalenu na tetraline, aldehydu krokwiowego na alkohol butylowy, aldehy¬ du octowego na alkohol etylowy.Urzadzenie wedlug wynalazku nadaje sie zwlaszcza do wytwarzania kwasu siar¬ kowego sposobem kontaktowym, poniewaz umozliwia ono osiaganie w pierwszych warstwach lub komorach wysokich tempe¬ ratur i wielkich szybkosci reakcyj, a wiec w warstwach lub komorach nastepuja¬ cych — temperatur niskich.Na rysunku przedstawiono przyklady wykonania urzadzen, odpowiadajacych wy¬ nalazkowi.Fig. 1 przedstawia urzadzenie, zaopa¬ trzone wewnatrz w aparat do wymiany cie¬ pla, w przekroju pionowym, fig. 2'-<- prze¬ krój wzdluz linji 2 — 2 na fig. 1, fig. 3 i 4 — odmienne wykonania urzadzenia w przekroju pionowym, fig. 5 — szczegól u- rzadzenia wedlug fig. 4, fig. 6 — nastepny odmienny przyklad wykonania urzadzenia w przekroju pionowym, a fig. 7 — prze¬ krój wzdluz linji 7 — 7 na fig. 6.W wykonaniu, uwidocznionem na fig. 1, aparat sklada sie z oslony 1, która otacza pierwsza warstwe lub komore i w której umieszczony jest na sicie 2 katalizator 3.W przestrzeni, zajetej przez katalizator, znajduja sie rury 4, które sa zamkniete dnami i których konce dolne wystepuja ponizej sita 2, a wewnatrz rur 4 umieszczo- - 2 —ne sa rury 5, które sa otwarte na obu kon¬ cach i przymocowane u góry do plyty- 6, siegajac prawie do dna rur 4. Katalizator doprow&dza sie wewnatrz aparatu otwora¬ mi, umieszczonemi w plycie 6 i zamykame- mi czopami 7. Ponizej oslony 1 w oslonie wezszej 8 na sicie 9 jest umieszczona dru¬ ga warstwa katalizatora, otaczajaca pozio¬ me urzadzenia podwójne do wymiany cie¬ pla, pracujace przeciwpradem. Urzadzenie to sklada sie z rur 10 i 11, wsunietych jed¬ na w druga, przyczem rury 10 sa na jed¬ nym koncu zamkniete, a rury 11 — na obu koncach otwarte. Konce zewnetrzne rur 11 sa polaczone ize soba rurami 12, podczas gdy rury 10 lacza sie iz rura 13. Liczba 14 oznacza nakrywe aparatu, a 15 — jego dno.Gazy, np. mieszanina kwasu siarkowe¬ go i gazu, zawierajacego wodór, doplywaja do urzadzenia przez otwór nakrywy 14, plyna wzdluz plyt rozdzielczych, a na¬ stepnie — przez rury 5, w których posred¬ nio wymieniaja cieplo z katalizatorem. Po¬ niewaz rury 4 sa zamkniete dnami, kieru¬ nek przeplywu gazów zmienia sie, plyna wiec one nastepnie wgóre w przestrzeni po¬ miedzy rurami 4 i 5, przyczem wymieniaja bezposrednio cieplo z katalizatorem. Po ponownej zmianie kierunku gazy plyna przez katalizator 3 i sito 2 wdól, a nastep¬ nie —- wzdluz dolnych czesci konców rur 4 i przez druga warstwe katalizatora, któ¬ rej temperature reguluje sie gazem, doply¬ wajacym rura 12 do rur 10, 11 i odplywa¬ jacym rura 13. Gazy po przejsciu przez si¬ to 9 uchodza otworem w dnie 15. Gazy plyna przez pierwsza warstwe z wielka szybkoscia na bardzo dlugiej drodze, dzie¬ ki czemu wymieniai^cieplo^ wjlakim stop¬ niu, iz ich skutecznosc ochladzajaca jest w szerokich granicach proporcjonalna do ich ilosci. Poniewaz jednak ilosc ciepla, wy¬ twarzana podczas przeplywu tych gazów przez katalizator, jest równiez proporcjo¬ nalna do ilosci gazów, osiaga sie ochladza¬ nie równomierne nawet w tym przypadku, jezeli ilosc przeplywajacych gazów reakcji zmienia sie znacznie. Przy wytwarzaniu kwasu siarkowego sposobem kontaktowym pozadane jest utrzymywanie w pierwszej warstwie wysokiej temperatury dla umoz¬ liwienia szybkiej reakcji. Korzystna rów¬ nowage osiaga sie, fezeli temperatura ob¬ nizy sie, zanim gaz doplynie do drugiej warstwy. Mianowicie, przed zetknieciem sie z druga warstwa gazy oplywaja dolne kon¬ ce rur 4, znajdujace sie ponizej sita 2.Temperature w drugiej warstwie reguluje sie dokladnie zapomoca gazów, plynacych przez rury 10, 11. Umozliwia to utrzymy¬ wanie w tej warstwie o wiele nizszej tem¬ peratury, niz w warstwie pierwszej.Rury 4 i 5 moga siegac tylko do sita 2, nie obnizajac w tym przypadku tempera¬ tury gazów, odplywajacych przez sito 2.Urzadzenie do wymiany ciepla w drugiej warstwie, umieszczonej ewentualnie w od¬ dzielnej oslonie, moze skladac sie z rur po¬ jedynczych, których skutecznosc jest jed¬ nak mniejsza.Oprócz otrzymywania w warstwach katalizatora temperatury najkorzystniej¬ szej, wynalazek umozliwia regulowanie szybkosci gazów przeplywajacych, wzgled¬ nie czasu, w ciagu którego gazy stykaja sie z katalizatorem. Czas ten powinien byc w kamorze górnej krótszy; w tym cfelu rtity 4 umieszcza sie gesciej, niz rury 10? Fig. 1 i 2 nie uwidoczniaja tego, w praktyce jed¬ nak rury te sa tak gesto umieszczone obok siebie, ze z powodu zmniejszenia ilosci ka¬ talizatora pomiedzy rurami zwieksza sie szybkosc gazów przeplywajacych, a wiec zmniejsza sie czas zetkniecia sie gazów z katalizatorem. Dlugosc tego czasu zalezy od rodzaju przeprowadzanej reakcji W urzadzeniu, przedstawionem na fig. 3, oslona 1 posiada nakrywe 14 i dno 16, do którego przymocowane sa rury 17, na¬ pelnione katalizatorem. Rury te znajduja sie wewnatrz rur 18, których górne konce sa zamkniete dnami, a konce dolne posia- — 3 —daja otwory 19. Plyta rozdzielcza 20 umoz¬ liwia .scisle mieszanie gazów. Oslona i jest polaczona x oslona 8, zacffxaArzona w dna 2i* 22. Otwory w tych dnach sa pola- czone ze soba rurami 2rf, zaopatrzoneini w sita 23, na ksórych spoczywa katalizator.Gaz ochladzajacy doplywa otworem 25 -do dokiej komory 8, zaopatrzonej w dno /5, plynie wzdluz rur 24, zmieniajac swój kie¬ runek wskutek napotkania plytek 26, i od¬ plywa otworem 27.Gazy reakcji, doplywajace przez otwór nakrywy 14, plyna wzdluz rur 18, wymie¬ niajac posrednio cieplb .z katalizatorem, dostaja sie przez otwory 19 do przestrzeni pomiedzy rurami /S, J7 i plyna wgóre, wy¬ mieniajac przyiem bezposrednio ciepio z katalizatorem i z gazami, plynaoemi ze¬ wnatrz rur 18. Po ponownej zmianie kie¬ runku rudhu, gazy plyna przez warstwe ka¬ talizatora w rurach 23 i odplywaja otwo¬ rem w dnie 15. Regulowanie temperaiury w tera urzadzeniu odpowiada regulowaniu w urzadzeniu wedlug fig. 1. Równiez w tym jprzypadku gazy wymieniaja dwukrot¬ nie cieplo w przeciwpradzie, pomimo ze umieszczenie katalizatora wzgledem urza¬ dzen do wymiany ciepla jest odwrotne, niz na fig. 1. Katalizatory moga hyc rozmie¬ szczone w oddaleniach dowolnie malych, dzieki czemu osiaga sie pozadane regulo¬ wanie temperatury. W komorze dolnej re¬ guluje sie "temperature gazami ochladzaja- ceaai, niezaleznie od temperatury w ko¬ morze górnej Komore 8 urzadzenia wedlug fig. 3 moz¬ na zastapic komora 8 urzadzenia wedlug fig 1 lub odwrotnie.Fig. 4 przedstawia .urzadzenie, w kfcórem gazy plyna najpierw przez komore dolna, a nastepnie przez komore góraia. Komora dolna 1 posiada urzadzenia do wymiany ciepla, pracujace w przeciwpradzie i wy¬ konane wedlug fig. 1, przyozem jednak ru¬ ry sa odwrócone. Rury urzadzenia do wy¬ miany ciepla, zastosowaoaego w komorze 8, sa pionowe, Gazy ochladzane plyna z rur komory 8 przez rure 27 do chlodnicy 28, poczem pompa 29 doprowadza je rura 30 zpowrotem do rur 10, 11. Rura 31, umie¬ szczona równolegle do rur -chlodnicy 28 i zaopatrzona w zawór 32, oraz zawór 33 rury 27 umozliwiaja regulowanie ilosci ga¬ zów, doprowadzanych do rnr 10, 11 przez chlodnice i przez ru&e 31.Dla zrównowazenia ochladzania, wy¬ wolywanego przez sciany komór, nawet w tym przypadku, jezeli -sa one izolowane, warstwy katalizatora wewnatrz komory ochladza sie silniej, niz na jej obwodzie. W tysn ceLu nmieszcza sie w rurach kcmaory górneij\ ewentualnie dolnej, czopy 34, znmiej&zajape ilosci przeplywajacych ga¬ zów. Czopy ttakie mozna równiez silosowac w aparacie wedlug lig. l.Fig 5 uwidocznia podziurawiony koniec dolny rwy wewnetrznej 11; dzieki tym otwockom gazy nie nairaiaaja z wielka sila na dno rury 10, co w przypadku przeciw¬ nym wytwarza oziebienie i jest powodem niepównomieraiosci temperatury.W urzadzeniu, przedstawionem na fig. 6, gazy plyna w sposób podobny, jak w urzadzeniu wedlug fig. 4. Równiez komory górne obu urzadzen sa objetosciowo równe sobie. Urzadzenie do wymiany ciepla ko¬ mory dolnej (fig. 6) posiada pierscienie 35, 36, umieszczone wspólsrodkowo, przy- czam pierscienie 35 sa napelnione kalali* zatorem i na dolnych koncach 37 prze¬ dziurawione tak, ze gazy moga doplywac do katalizatora. Gazy, plynace pomiedzy pierscieniami 36 i 37., wymieniaja posred¬ nio cieplo z katalizatorem, a po zmianie kierunku plyna przez przewód .36 wdól. Po powtórnej zmianie kierunku dostaja sie one przez otwory 37 do katalizatora i plyna wgóre. Zaleta tego urzadzenia polega na tern, ze pierscienie moga byc wsuniete je¬ den w drugi, przyczem zbedne sa dna do podpierania rur, a powierzchnia katalizato¬ ra, wymieniajaca cieplo, jest wieksza, niz — 4 -ptrry ytykoftaniach wedlug lig, li 4. Dla zrówtbowazenia ochladzania przy scianie aparatu zwieksza sie grubosc piwscieini ka¬ talizatora od srodka ku obwodowi ttib zmniajisza sie ilosci gazów, przeplywajacych przez pojedyncze czescL Pifcy wyfcoaaimi komory górnej wedlug fig, 1, 4 i 6 zbedne sa uszczelnienia pola¬ czen. Nastepstwem ulatniania sie malej ilo¬ sci gazu patóez;polacze*iia jest tytko zmniej¬ szenie ilosci gazu, przeplywajacego przez urzadzenia do wymiany ciepla, podczas gdy ttszczeliiienóe komór rurowych {komora dolna na fig. 3) posiada wazne znaczenie i jest trudne, (poniewaz przy reakcjach stosuje sie temperatury wysokie, wy¬ wolujace odksztalcacie sie czesci urz$dze- ma. ' - Na fig, 6 uwidocznione jest rówmiez urzadzenie do podgrzewania doplywaja¬ cych gazów reakcji przez wymiane ciepla.Gfczy, doprowadzane do rury 39 zapomoca dmuchawy 38, plyna wzdluz urzadzenia do wymiany ciepla, a nastepnie rura 40, za¬ opatrzona w zawór, do komory 41. Budo¬ wa komory 41 zalezy od celów reakcji: pray utlenianiu -dwutlenku siarki na trójtle¬ nek sluzy ona do spalania siarki, a przy utlenianiu gazowych zwiazków organicz¬ nych — do odparowywania. Gazy reakcji, wytworzone w komorze 41, plyna przez ru¬ re 42 do komory dolnej (fig. 6).W urzadzeniu db wymiany ciepla, u- miesizczonem w komorze górnej, gazy ply¬ na w kierunku przeciwnym, i j. najpierw przez przestrzenie pomiedzy rurami 10 i 11, a nastepnie przez rury 11, i moga byc rozdzielane zapomoca czopów 43 lub w in¬ ny sposób tak, ze ochladzanie przez sciany oslony zostaje zrównowazone. Przeplyw gazów moze jednak odbywac sie równiez w kierunku przeciwnym. Regulowanie ochla¬ dzania osiaga sie zmiana szybkosci dziala¬ nia dmuchawy lub przeprowadzaniem cze¬ sci gazów przez rure 44, przez która moze przeplywac w niektórych przypadkach, np. przy uruchomianiu urzadzenia, calkowita ilosc gazów. Jezeli dolna komora jest zandaiieta, to calkowita ilosc gazów plynie rówmiez przez rure 44, doplywajac rura 45, zaopatrzona w zawór. Umozliwia to zmia¬ ne kierunku przeplywu przez urzadzenie do wymiany ciepla, poniewaz przy otwartych zaworach w rurach 45 i 44 i zaanknietym zaworze w rurze 40 gaz, doplywajacy przez nastepnie przez przestrzenie pomiedzy te- mi rurami i rurami, zamiknietemi dnami, a odplywa przez rury 39 L 44.Urzadzenie do podgrzewania gazów re¬ akcji lub czesci tych gazów moze byc sto¬ sowane równiez w innych przykladach wyhonatnia urzadzenia, , opisanych powy¬ zej. Urzadzenie, przewody i oslony komór sa izolowane.W .pewnych przypadkach jest pozadamy obieg kolowy gazów, omijajacych jednak komore 41. Dla podgrzania calego aparatu przeprowadza sie przez urzadzenie do wy¬ miany cieplfc, gazy gorace, odgrzewajace kar tadizator w komorze górnej, mianowicie, zamykajac zawory w*ufcach 40 i 44r a otwierajac zawór w m*ze 45. Gaz plynie wiec przez rure 39 i urzadzenie do wywar ny ciepla, a odplywa przez rury 45 i 46, przyczem klapa 47 zapobiega doplywowi gazu do dmuchawy 38.Opisane przyklady wykonania wykazu¬ ja, ze aparat moze byc dostosowany do kazdej reakcji gazowej. W pewnych przy¬ padkach jest pozadane polaczenie takiego aparatu z komorami, zaopaitrzonemi w u- rzadzenie ochladzajace innego rodzaju lub wcale nieochladizanemi. Liczba takich ko¬ mór zalezy od rodzaju reakcji i budowy ko¬ mory. Pewne reakcje wymagaja zetkniecia sie gaizów z katalizatorami, przeprowadza sie wiec gazy w ciagu krótkiego czasu przez wieksza liczbe komór, umieszczonych jed¬ na za druga, tak ze w kazdej komorze gaz przeplywa tylko przez bardzo krótki prze¬ ciag czasu. — 5 — PL

Claims (7)

1. Zastrzezenia patentów e, 1. Urzadzenie do przeprowadzania re- akcyj katalitycznych, skladajace sie z dwóch lub wiekszej liczby komór, zaopa¬ trzonych w warstwy katalizatora i umie¬ szczonych jedna za druga, wzglednie z dwóch lub wiekszej liczby warstw katali¬ zatora, znamienne tern, ze jedna komora wzglednie warstwa lub ich wieksza liczba posiada urzadzenie ochladzajace, np. po¬ dwójne urzadzenie do wymiany ciepla, pra¬ cujace przeciwpradem, które dziala odpo¬ wiednio do szybkosci gazów, przeplywaj a- cyoh przez komory wzglednie warstwy ka¬ talizatora, oraz odpowiednio do ilosci tych gazów, natomiast urzadzenie, ochladzajace jedna z pozostalych komór wzglednie warstw lub idh wieksza liczbe, jest zaopa¬ trzone w narzady do doprowadzania i od¬ prowadzania srodka ochladzajacego, któ¬ rego temperatura moze byc regulowana niezaleznie od przebiegu reakcji w komo¬ rach lub warstwach pierwszych.
2. 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, zna¬ mienne tern, ze komory wzglednie warstwy katalizatora sa umieszczone w oslonie wspólnej.
3. 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, zna¬ mienne tern, ze komory wzglednie warstwy katalizatora sa umieszczone w oslonach od¬ dzielnych.
4. 4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, zna¬ mienne tern, ze jest zaopatrzone w narza¬ dy, umozliwiajace obieg kolowy srodka, ochladzajacego komory lub warstwy katali¬ zatora.
5. 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, zna¬ mienne tern, ze jest zaopatrzone w narza¬ dy, dqprowadzajace co najmniej czesc ga¬ zów reakcji, zanim przeplyna one przez pierwsza komore lub warstwe, do komór lub warstw dalszych w celu ich ochladza¬ nia.
6. 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 1 — 3, znamienne tern, ze jest zaopatrzone w na¬ rzady, umozliwiajace nierównomierne o- dhladzanie oddzielnych czesci komór lub warstw katalizatora, dzieki czemu dziala¬ nie ochladzajace oslony urzadzenia zosta¬ je wyrównane. The S e 1 d e n Company. Zastepca: Inz. H. Sokal, rzecznik patentowy-Do opisu patentowego Nr 20953. Ark. 1. /4 Fl6. I r z «U- LI Pj PH H K*l v\ \r\ M L7 I-.G r'\ V i2 T" C j-1— V_y T 7 6 lH 1 «* -.1 1 IL/.JI Wa\ ll/';l Ir 1 -*•'- 1\\'\ \ \\*--\ V'f\ r' f/.'l r-1 -^ V n k.J K-.fj 1 r'l K \ r"\- r-.r: h;-J| M r • ki K V [:''; J V. n lv •1 F---" Kri r •'-] M \W\\ Pm K\ K-l N J V r°i k-j r~H 1 l»-f| k/J lv- M r J\ [m; M [/; Fi J V. r^7 rrd r*:- M L'";*- p/J F ' r'"'1 1 1V*"J k'H F'T hrVj ^/ v^ JsS^SS^KS'^ -k< 1— , ¦ — '/ 1 i i i .—1 s ,S Er' k-j N fr v\s r "J r/.1 -1 1 3 \\y w\ K i*'* r2 / • 1 ^ i ^ IZ 1 2. 757" Fis. Z J Q /3 'l»^..'»;.V.1»V.-/:.^.-.': DS U0 c* ^^ :^^i-vxiv:;v^/fr«\ •.:.•:.•:-~V ¦ ¦•W'\.f.< '•"/ =^ V i rDo opisu patentowego Nr 20953. Ark. 2. Fia. 3 ISJ 1Do opisu patentowego Nr 20953. Ark. 3. Zb— ' &Do opisu patentowego Nr 20953 Ark. 4. JS!^b^?w£s^ XLa mammmmEmEa LLL WM 1
7. 7 .37 -36 r/6 7 Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa. PL