Prowadzenie reakcji katalitycznych na¬ strecza wielkie trudnosci zwiazane z ko¬ niecznoscia utrzymania temperatury kata¬ lizatora w waskich granicach. Trudnosci te sa tym wieksze, im wiekszy jest efekt ciepl¬ ny danej reakcji. Przy reakcjach egzoter¬ micznych nalezy najpierw do katalizatora doprowadzic cieplo w celu zapoczatkowa¬ nia katalizy, nastepnie zas odprowadzac wydzielajace sie cieplo reakcji, aby unik¬ nac przegrzania katalizatora. Odprowa¬ dzanie ciepla winno byc prowadzone w ten sposób, azeby w zadnym Imiejscu tempera¬ tura katalizatora nie obnizyla sie ponizej dopuszczalnej granicy. Z tego wzgledu najzwyklejszy sposób chlodzenia przepo¬ nowego zimna woda nie moze miec zasto¬ sowania.Liczne systemy aparatów kontaktowych, którymi posluguje sie przemysl syntez ci¬ snieniowych, np. systemy aparatów wytwa¬ rzajacych metanol lub amoniak, polegaja na chlodzeniu gazem reakcyjnym. W tym celu przeprowadza sie przez katalizator ga¬ zy w ilosci przewyzszajacej wielokrotnie ilosc, która bierze udzial w reakcji. Po¬ ciaga to za soba koniecznosc krazenia wiel¬ kich ilosci gazu, co utrudnia wydzielanie produktu, naraza na gromadzenie sie za¬ nieczyszczen w obiegu, wymaga wymienni- *) Wlascicielka patentu oswiadczyla, ze wynalazca jest inz. Tadeusz Radowicki.ków ciepla o duzych powierzchniach w ce¬ lu podgrzewania gazu dochodzacego cie¬ plem gazu odlotowego oraz stalego nakla¬ du energii.Idealem urzadzenia, które moze byc zre¬ alizowane jedynie w bardzo malych roz¬ miarach laboratoryjnych, jest zanurzona do lazni o stalej temperaturze rurka z ka¬ talizatorem, w której reakcja katalityczna moze byc intensywnie prowadzona w pra¬ wie stalej temperaturze. Próbowano budo¬ wac wedle tego prototypu aparaty kontak¬ towe równiez i w skali przemyslowej. Apa¬ raty takie w ogólnych zarysach przypomi¬ naja kotly rurowe. W rurach znajduje sie katalizator, a na zewnatrz ciecz o stalej temperaturze, np. ciecz wrzaca, lub od¬ wrotnie ciecz znajduje sie w rurach a ka¬ talizator miedzy rurami.Przy reakcjach zachodzacych w tempe¬ raturze znacznie wyzszej niz 100° C, przy uzyciu wody jako najtanszej cieczy nada¬ jacej sie do chlodzenia, budowa takich apa¬ ratów nastrecza podwójne trudnosci: po pierwsze dla przestrzeni katalitycznej musi byc uzyte naczynie wysokocisnieniowe, po drugie przestrzen wodna, znajdujaca sie pod cisnieniem pary wodnej, wymaga uzy¬ cia kotla wysokopreznego. Trudnosci kon¬ strukcyjne sa tym wieksze, ze wymienione przestrzenie wysokocisnieniowe 'musza sie wzajemnie przenikac, aby posiadaly dosta¬ tecznie duza powierzchnie wspólnych scian.Wynalazek polega na polaczeniu prze¬ strzeni zawierajacej wode z przestrzenia, zawierajaca gaz reakcyjny. Wynalazek zmienia podstawy konstrukcyjne urzadze¬ nia kontaktowego na wysokie cisnienie, chlodzonego woda o temperaturze znacznie przewyzszajacej 100° C. Dzieki wyrówna,- niu cisnien w obu przestrzeniach, to jest katalitycznej i wodnej, sciany podzialowe tych przestrzeni nie sa narazone na dzia¬ lanie cisnienia, a tylko sciany zewnetrzne urzadzenia pojetego jako calosc winny byc odporne na wysokie cisnienie.Zastosowanie urzadzenia wedlug wyna¬ lazku jest ograniczone do tego rodzaju re¬ akcji katalitycznych, w których cisnienie gazu reakcyjnego znacznie przewyzsza preznosc pary wodnej w danej temperatu¬ rze. Przykladem reakcji tego typu moze byc synteza metanolu, prowadzona pod cisnieniem 300 atm w temperaturze 300° C.Woda w tych warunkach znajduje sie w stanie dalekim od wrzenia, dlatego od¬ bierajac cieplo z przestrzeni katalitycznej nie wrze a tylko podgrzewa sie. Ochla¬ dzanie tej wody do pewnej scisle okreslo¬ nej temperatury nie przedstawia trudnosci, gdyz moze byc przeprowadzone przepono- wo zimna woda, a ze mozna sie przy tym poslugiwac dowolnym spadkiem tempera¬ tury wystarcza do tego np, nieduza wezów- nica.Podgrzewanie wody na scianach komory katalitycznej oraz chlodzenie jej w in¬ nym miejscu, np. na powierzchni wezow- nicy wodnej o temperaturze znacznie niz¬ szej lub na scianach naczynia wysokoci¬ snieniowego, chlodzonych z zewnatrz, po¬ woduje prady konwekcyjne, które przy odpowiednim rozwiazaniu konstrukcyjnym, wzorowanym na znanych przykladach z róznych dziedzin techniki, moga byc wyzy¬ skane do wywolania krazenia calej ilosci wocly. Mozna jednak nie poprzestac na tak zwanym termosyfonie i zastosowac in¬ ne urzadzenie znane, umozliwiajace szyb¬ sze krazenie wody i lepsza przez to wymia¬ ne ciepla.Szczególnie korzystnym sposobem pola¬ czenia przestrzeni wodnej z przestrzenia gazowa jest doprowadzenie gazu nad me- nisk wody za pomoca chlodnicy zwrotnej, która skrapla pare wodna, a tym samym zapobiega zbyt szybkiemu wyczerpywaniu sie wody na skutek parowania. Równie ko¬ rzystne jest rozwiazanie wymienionego po¬ laczenia w ten sposób, aby gaz wywieral cisnienie na menisk zimnej wody w naczy¬ niu polaczonym, która przenosi cisnienie na wode goraca. W tym przypadku chlodnica zwrotna jest zbedna lub mniej potrzebna.Zasade urzadzenia wedlug wynalazku wyjasnia schemat podany na fig, 1, Prze¬ strzen katalityczna Pk i przestrzen wodna Pw sa zamkniete w naczyniu cisnieniowym N. Obie te przestrzenie sa polaczone chlod¬ nica zwrotna C, która przepuszcza gaz, dzieki czemu wyrównuja sie cisnienia, lecz , nie przepuszcza pary wodnej, która skra¬ pla i zwraca do Pw. Cieplo, które woda od¬ biera z przestrzeni katalitycznej, oddaje wezownicy wodnej W.W celu uruchomienia urzadzenia wedlug wynalazku nalezy w dowolny sposób pod¬ grzac wode do temperatury reakcji. Do te¬ go moze sluzyc ta sama wezownica, która jest przeznaczona w czasie reakcji do od¬ bioru (na fig. 1 wezownica W) i do której doprowadza sie pare przegrzana. Poza tym niozna do przestrzeni wodnej wprowadzac pare przegrzana. Mozna równiez do prze¬ strzeni wod.nej wprowadzic specjalne rury parowe lub grzejniki elektryczne. Wresz¬ cie mozna calosc urzadzenia zarówno ogrze¬ wac, jak i chlodzic z zewnatrz.Wzajemny uklad przenikajacych sie przestrzeni reakcyjnej i wodnej moze byc dowolny, np. katalizator moze byc umiesz¬ czony w rurach, a woda na zewnatrz lub odwrotnie, mozna wreszcie rury zastepo¬ wac komorami dowolnego ksztaltu, oo jest mozliwe zwlaszcza dlatego, ze sciany ich nie pracuja na cisnienie.Urzadzenie wedlug wynalazku przy do¬ wolnym rozwiazaniu szczególów konstruk¬ cyjnych przewyzsza znacznie znane do¬ tychczas urzadzenia kontaktowe, sluzace dp egzotermicznych reakcji pod wysokim cisnieniem jak np. do syntezy metanolu.W. urzadzeniu wedlug wynalazku umozli¬ wione jest najprostsze i najtansze chlodze¬ nie przeponowe za pomoca zimnej wody, która dzieki posrednictwu wody goracej w przenoszeniu ciepla nie ma ujemnego wplywu na reakcje. Intensywny odbiór cie¬ pla z katalizatora umozliwia prowadzenie reakcji przy pelnym wyzyskaniu objetosci katalitycznej i bez potrzeby doprowadzenia nadmiaru gazu lub rozcienczenia gazem o- bojetnym, co z kolei" ulatwia wydzielanie produktu i wymaga niewielkiej powierzch¬ ni wymienników ciepla, jak równiez zmniej¬ sza lub calkowicie wyklucza krazenie gazu reakcyjnego. Uruchomienie urzadzenia we¬ dlug wynalazku jest latwe i szybkie.W urzadzeniu wedlug wynalazku za¬ miast wody moze byc zastosowana inna ciecz dostatecznie trwala, której punkt krytyczny nie lezy zbyt nisko.W wiekszosci znanych urzadzen katali¬ tycznych wymiennik ciepla, sluzacy d podgrzania gazu do temperatury reakcji cieplem gazu wylotowego, bywa umiesz¬ czony wraz z przestrzenia katalityczna we wspólnym plaszczu wytrzymalym na wyso¬ kie cisnienie. W podobny sposób moze byc zbudowane urzadzenie wedlug wynalazku, jednakze mozna równiez zastosowac nowy sposób podgrzewania gazu do temperatury reakcji. Nowy ten sposób polega na tym, ze zamiast wysmiany ciepla miedzy gazem wchodzacym i wychodzacym stosuje sie wymiane ciepla miedzy gazem, woda i ga¬ zem.Fig. 2 i 3 przedstawiaja przyklady roz¬ wiazan konstrukcyjnych urzadzenia we¬ dlug wynalazku do przeprowadzania reak¬ cji katalitycznych pod wysokim cisnienietm, przy czym urzadzenie na fig. 2 posiada zwykly wymiennik ciepla E miedzy gazem i gazem, na fig. 3 zas wymiana ciepla na¬ stepuje miedzy gazem, woda i gazem,, dzie¬ ki czemu urzadzenie to jest jeszcze bar¬ dziej uproszczone. Na fig. 2 i 3 oznaczenia Pk i Pw podobnie jak na fig. 1, oznaczaja przestrzen katalityczna i przestrzen wodna.Na figurach tych nie umieszczono wezow¬ nicy w przestrzeni wodnej jak na fig, 1, lecz przewidziano odbiór ciepla za pomoca plaszcza wodnego na zewnatrz w dolnej czesci naczynia cisnieniowego. W obu tych rozwiazaniach gaz wywiera cisnienie na wode za posrednictwem naczynia polaczo¬ nego Mf zaopatrzonego w wodowskaz i — 3 —chlodzenie, wobec czego chlodnice zwrot¬ na (na fig. 1 oznaczenie C) w konstrukcjach tych pominieto.Sposób podgrzewania gazu za posred¬ nictwem wody nie tylko upraszcza' budowe wnetrza urzadzenia, co widoczne jest z po¬ równania fig* 2 i 3f ale równiez umozliwia w danym urzadzeniu zmiane wielkosci po¬ wierzchni ogrzewalnej kosztem przestrzeni katalitycznej. Jest to mozliwe dzieki temu, ze te same rury w dolnej czesci zawieraja katalizator, a w górnej sluza jako podgrze¬ wacz. Na fig. 3'uwidoeznione sa w górnych czesciach rur sworznie zmniejszajace prze¬ krój dla zwiekszenia predkosci przeplywu gazu i lepszego odbioru ciepla. Jezeli stwierdzonoby, ze gaz wchodzacy do ka¬ talizatora .posiada temperature zbyt niska, wystarczyloby ujac czesc katalizatora, a przez to powiekszyc przestrzen, w której gaz sie podgrzewa, oraz powierzchnie grze¬ jaca. W tym przypadku oczywiscie celo- wy'm byloby przedluzenie wymienionych sworzni. PL