PL44867B1 - - Google Patents

Description

Wiadomo, ze liczne chemiczne zwiazki kom¬ pleksowe mozna otrzymywac utleniajac czes¬ ciowo weglowodory alifatyczne lub aroma¬ tyczne, w obecnosci katalizatora.Czynnikiem utleniajacym jest zazwyczaj po¬ wietrze atmosferyczne i utlenianie osiaga sie w jednej lub w kilku kolejnych komorach do katalizy, do których wprowadza sie weglowodór i powietrze. Jednakze tego rodzaju mieszaniny maja wlasciwosci wybuchowe i konieczne jest zeby rozcienczenie poczatkowe weglowodoru w powietrzu bylo stosunkowo slabe i nizsze od wartosci krytycznej zwanej „progiem eksplo¬ zji" powyzej którego ryzyko samorzutnego za¬ palenia mieszaniny polaczonego z wybuchem byloby zbyt duze.Kazdy weglowodór posiada wiec w danej temperaturze w mieszaninie z powietrzem, pewne stezenie krytyczne, którego nie nalezy przekraczac.Reakcje utleniania weglowodorów sa bardzo egzotermiczne, temperatura mieszaniny po¬ wietrza z weglowodorem w zetknieciu z kata¬ lizatorem ma tendencje do gwaltownego pod¬ noszenia sie. Temperatura, w której tworzy sie dany zwiazek jest dosc scisle okreslona i na ogól ponizej tej temperatury stopien utleniania jest niedostateczny, podczas gdy powyzej tej temperatury reakcja moze ulec przyspieszeniu i doprowadzic do calkowitego utlenienia weglo¬ wodoru na wode i dwutlenek lub tlenek wegla.W celu utrzymania temperatury reakcyjnej w poblizu wartosci optymalnej proponowano oziebianie mieszaniny reagujacej w samej ko¬ morze do katalizy. Proponowano równiez prze¬ prowadzanie operacji w kilku kolejnych ko¬ morach do katalizy i oziebianie mieszaniny po wyjsciu z jednej komory i przed wejsciem do drugiej. To oziebianie osiaga sie na przyklad za pomoca wtryskiwania wody do przewodówlaczacych dwie kolejne komory, wyzyskujac znaczne cieplo parowania wody i jej prak¬ tycznie biorac obojetnosc wobec przebiegajacej reakcji. ? W znanych sposobach tego rodzaju, kolejno nastepujace komory sa co do liczby i wymia¬ rów obliczane empirycznie, przy czym glów¬ nym celem jest praktycznie calkowite zuzycie przy wyjsciu z ostatniej komory, weglowodoru wprowadzonego do pierwszej.W znanych urzadzeniach osiaga sie tylko srednia globalna wydajnosc i wykorzystanie katalizatora (stanowiacego skladnik najbar¬ dziej w tym urzadzeniu uciazliwy wskutek koniecznosci regenerowania i okresowego wy¬ mieniania) jest bardzo niezadawalajace.Przedmiotem wynalazku jest ulepszony spo¬ sób, pozwalajacy na osiagniecie maksymalnej wydajnosci globalnej urzadzenia i na jak naj¬ lepsze wykorzystanie katalizatora.Jezeli w reakcji utleniania weglowodoru w obecnosci katalizatora, temperatura two¬ rzenia sie okreslonego zwiazku ma wartosc dostatecznie sprecyzowana, wówczas ponizej i powyzej tej wartosci wydajnosc utleniania jest na ogól do przyjecia, co stwarza pewien zakres temperatury reakcyjnej mniej lub wie¬ cej szeroki.Inaczej mówiac, jezeli na wykresie, na osi odcietych umieszcza sie temperatury, a na osi rzednych procent wydajnosci reakcji prze¬ ksztalcenia weglowodorów w zadany produkt, krzywa przedstawiajaca te wydajnosci wyka¬ zuje w poblizu temperatury odpowiadajacej powstawaniu zadanego produktu, maksimum mniej lub wiecej splaszczone, to znaczy takie, ponizej i powyzej którego mozna wybrac war¬ tosci graniczne temperatur odpowiadajace za¬ dawalajacej wydajnosci.Celem wynalazku jest utrzymywanie stale reakcji w tej strefie temperatury, w urzadze¬ niach obejmujacych kolejne komory do kata¬ lizy z oziebianiem miedzykomorowym.W sposobie utleniania weglowodorów w mie¬ szaninie z gazem zawierajacym tlen, wydaj¬ nosc utleniania jest optymalna w okreslonych granicach temperatury. Proces prowadzi sie w szeregu kolejnych komór do katalizy, któ¬ rych polaczenia zaopatrzone sa w urzadzenia chlodzace. Wedlug wynalazku ilosc weglowo¬ doru na jednostke objetosci mieszaniny dobie¬ ra sie poczatkowo nizsza od progu eksplozji tej mieszaniny. Ilosc kolejnych komór dobiera sie tak, zeby byla co najwyzej równa mianow¬ nikowi ulamka tej ilosci weglowodoru, która utleniana w kazdej komorze podnosi tempera¬ ture jednostki objetosciowej mieszaniny z po¬ ziomu odpowiadajacego dolnej granicy tem¬ peratury, otrzymywanej za pomoca urzadzenia chlodzacego przy wejsciu do tej komory az do blisko górnej granicy temperatury. Obje¬ tosci katalizatora w wymienionych komorach maja zwiekszajace sie wymiary i te objetosci, co najmniej dla pierwszych komór wyprowa¬ dza sie z objetosci katalizatora w poprzedniej komorze mnozac przez wspólczynnik 1,05—2,2 zwiekszajacy sie przy przechodzeniu od jednej objetosci do nastepnej.Jesli katalizator wypelnia calkowicie komo¬ ry; to objetosci tych komór podlegaja prawu wskazanych stosunków.Opis sposobu wedlug wynalazku dotyczy szczególnie przypadku wytwarzania bezwodni¬ ka ftalowego, otrzymywanego z naftalenu, w obecnosci katlizatora takiego jak tlenek wa¬ nadowy lub molibdenowy, przy czym rozumie sie, ze przyklad ten jest zasadniczo przeznaczo¬ ny do przedstawienia danych liczbowych i nie stanowi on ograniczenia wynalazku.Nastepujacy opis w oparciu o zalaczony ry¬ sunek pozwoli zrozumiec, jak mozna wynala¬ zek zastosowac w praktyce.Fig. 1 przedstawia schematycznie urzadzenie do utleniania weglowodoru sposobem wedlug wynalazku.Fig. 2 stanowi szczególowy schemat calkowi¬ tego urzadzenia.Fig. 3 przedstawia widok przekroju podluz¬ nego wariantu przewodu laczacego dwie ko¬ lejne komory do katalizy.Fig. 4 stanowi przekrój wzdluz linii IV—IV na fig. 3.Fig. 5, 6 i 7 przedstawiaja w przekrojach po¬ laczenia miedzy dwoma kolejnymi komorami w innych odmianach wykonania, zawierajace chlodnice i przewód bocznikowy.Ze wzgledu na juz wspomniana koniecznosc utrzymywania stezenia poczatkowego weglo¬ wodoru ponizej progu eksplozji, reakcje prze¬ prowadza sie w obecnosci bardzo znacznego nadmiaru powietrza.W przypadku naftalenu, stezenie poczatko¬ we weglowodoru nie moze przekraczac 35 g na metr szescienny co stanowi 0,28 czasteczki naftalenu, która wymaga do utlenienia do bez¬ wodnika ftalowego 1,25 czasteczki tlenu, pod¬ czas, gdy metr szescienny powietrza zawiera 9,5 to znaczy prawie dziesieciokrotna ilosc p:trzebnego tlenu. — 2 —Mozna wiec zalozyc, ze w trakcie reakcji stezenie tlenu nie zmienia sie i ze w konse¬ kwencji, w okreslonym zakresie temperatury szybkosc reakcji zalezy tylko od stezenia sa¬ mego weglowodoru. Reakcje taka nazywamy reakcja pierwszego rzedu i jej szybkosc wyra¬ za równanie rózniczkowe: dt w którym x oznacza liczbe czasteczek weglo¬ wodoru przeksztalconych przez utlenienie w chwili t, a oznacza liczbe czasteczek weglowo¬ doru w momencie poczatkowym, a k oznacza wspólczynnik zalezny od rozpatrywanej reak¬ cji, od wlasciwosci katalizatora i temperatury.Jezeli sie calkuje to równanie rózniczkowe, biorac pod uwage warunki poczatkowe (t = 0, x = 0) znajduje sie, ze: Równanie to daje ilosc weglowodoru prze¬ ksztalconego pod koniec czasu t i wskazuje, ze w danych warunkach katalizatora i tempe¬ ratury ilosc utlenionego weglowodoru zalezy tylko od czasu t, to znaczy przy dzialaniu ciag¬ lym, przy którym mieszanina krazy ze stala szybkoscia i przy stalym cisnieniu, od liczby ko¬ mór do katalizy i od objetosci uzytkowej tych komór, to znaczy tej objetosci, która w tych komorach zajmuje katalizator.Otóz kazda jednostka objetosciowa krazacej mieszaniny, na przyklad kazdy metr szescien¬ ny powietrza, ma praktycznie w trakcie reak¬ cji stale cieplo wlasciwe, które mozna przyjac jako równe cieplu wlasciwemu powietrza wy¬ noszacemu okolo 0,24, zakladajac jego znaczny nadmiar.Oprócz tego, cieplo tworzenia sie zadanego zwiazku, z odpowiedniego wyjsciowego weglo¬ wodoru i tlenu, jest równiez znane, a wiec w wybranym przykladzie otrzymywanie bez¬ wodnika ftalowego z naftalenu, cieplo to wy¬ nosi 3300 Kkal na kilogram utlenionego naf¬ talenu.Zakladajac, ze reakcja tworzenia sie okreslo¬ nego zwiazku bedzie mozliwa w jakiejkolwiek temperaturze, mozna wywnioskowac jakie be¬ dzie calkowite podniesienie temperatury jed¬ nostki objetosciowej mieszaniny wskutek utle¬ nienia calosci weglowodoru zawartego w tej jednostce objetosciowej. To podniesienie sie temperatury jest równe ilorazowi calkowitej mccy kalorycznej jednostki objetosciowej mie¬ szaniny przez jej cieplo wlasciwe.A wiec w danym przykladzie to podniesienie temperatury wyniesie, znajac wage 1 metra szesciennego powietrza = 1,300 kg: J300 0,035 = 370stopni 1,300 0,24 Jednakze, przyjmujac ze reakcje nalezy pro¬ wadzic w oznaczonych granicach temperatury: górnej Ts i dolnej Ti, nalezy za kazdym ra¬ zem gdy temperatura osiagnie wartosc Ts do¬ prowadzic do wartosci Ti, zanim reakcja po¬ sunie sie naprzód.Inaczej mówiac, liczbe n komór z których w kazdej zachodzi czesc reakcji i ogrzewanie mieszaniny, a pomiedzy którymi nastepuje oziebienie z zewnatrz, temperatura musi byc doprowadzona z wartosci Ts do wartosci Ti i powinna sie równac ilorazowi z calkowitego mozliwego zwiekszenia temperatury przez do¬ puszczalna rozpietosc temperatury.A T = Ts — Ti W przykladzie przemiany naftalenu w bez¬ wodnik ftalowy, optimum wydajnosci wyste¬ puje w temperaturze 350—370°C to znaczy przy rozpietosci temperatury: AT = Ts — Ti = 20°C stad optymalna liczba stosowanych kolejnych komór wynosi: — = 18 komór 20 Zaklada sie tu oczywiscie, ze nie zachodzi naturalne rozpraszanie ciepla komór co w prak¬ tyce odpowiada prawdzie w przypadku urza¬ dzen o duzej pojemnosci. Ta liczba powinna byc oczywiscie zmniejszona w przypadku urzadzen malych, mocno wietrzonych i w któ¬ rych sposoby chlodzenia (na przyklad skrzy¬ delka, praktycznie nie dajace sie zastosowac w komorach o duzej objetosci), moga byc przewidziane na sciankach komór.Jesli wiec rozproszenie ciepla komór osiaga polowe ciepla wydzielajacego sie, liczba komór moze byc podzielona przez dwa.Równiez jak poprzednio wskazano, jesli a oznacza ilosc weglowodoru poczatkowo wpro¬ wadzana do kazdego metra szesciennego po¬ wietrza to aby podwyzszenie temperatury — 3 —w kazdej komorze odpowiadalo rozpietosci Ts — Ti trzeba zeby w kazdej komorze zo- a stala utleniona ilosc —weglowodoru i stosow- n nie do tego rozmiary musza byc wyznaczone kazdej z komór.W kolejnych komorach, poczawszy od pierw- szej ilosci A, 21, ?a P_j_n n n n n zostana przeksztalcone zgodnie z podanym juz równaniem: Czasy ti, t2, t3 a — x lejnym stadiom utleniania K ti = K t2 = K t = p L- a L- a = L- a- a — a n a — 2a n a — pa tp odpowiadajace ko- powinny odpowiadac: = L = L = L n n—1 n n —2 n n —p Przyjmujac, jak juz wykazano, ze mieszanina krazy pod stalym cisnieniem i ze stala szyb¬ koscia, objetosc uzytkowa kolejnych komór po¬ winna wiec byc proporcjonalna do ti, t^ — ti; tp ¦—? tp-i Jesli c bedzie oznaczac stala, zalezna od cis¬ nienia i szybkosci krazenia, kolejne objetosci Vi, V2 Vp . . . . mpzna wyliczyc z wzorów: Vl = c t1=^L_^_ K n —1 V2=c(t2 — U = — (L- n n —2 -L-2_): n —1 _ _c_ L n— 1 K n —2 V =_^(L- p K n —p - - L- ^.)—_£_ L n~p+L n—p+1 K n—p Wzory te wykazuja, ze objetosc ostatniej komory rzedu n powinna byc nieskonczona.W praktyce objetosc te dobiefa sie doswiad¬ czalnie, biorac pod uwage, ze nawet jesli ta komora bedzie calkowicie pominieta, strata weglowodoru wyjsciowego nie przekroczy ulam- a ka — tym mniejszego im wieksze jest n. n ' Przeprowadzane obliczenie aczkolwiek jest scisle, posiada te niedogodnosc, ze nie wyka¬ zuje w sposób jasny reguly rozlozenia objetosci komór.Lepiej mozna przedstawic to prawo w przy¬ blizeniu w nastepujacy sposób: Wezmy pod uwage (fig. 1) aparat do kata- licznego utleniania przedstawiajacy rure I o stalym przekroju, w której kolejne dlugosci li; 12 U sa napelnione katalizatorem z jednakowa gestoscia. Kazda z tych dlugosci rury moze byc rozpatrywana jako komora do katalizy, o objetosci proporcjonalnej li, 12... U- Mieszanina wchodzi w miejsce E a wychodzi w miejscu S. Miedzy dwoma komorami do ka¬ talizy przewidziane jest jak wskazuja schema¬ tycznie strzalki Fx F5 oziebianie mie¬ szaniny na przyklad przez wtryskiwanie wody lub w sposób, który bedzie opisany ponizej, która wychodzac z kazdej komory ma w przy¬ blizeniu temperature Ts, do temperatury Ti.Rozwazmy (n—1) pierwszych komór. W kazdej a z nich zostaje utleniona czesc — weglowodoru. * n Srednia szybkosc V1 reakcji w pierwszej ko¬ morze li, to jest szybkosc reakcji odpowiada- a jaca w tej komorze przemianie — ilosci weg- 2 n lowodoru (polowie calej ilosci — utlenionej n w tej komorze) bedzie wynosic: ,2n- L-) Vl = K(a-—) = Kaf 2 n 2n Do drugiej komory wchodzi mieszanina, w której w kazdej jednostce objetosciowej po- a wietrza ulamek — jest juz przeksztalcony; n srednia szybkosc V2 reakcji w tej komorze be¬ dzie wiec wynosic V.=K[a-(±+-2-)| [ n 2 n J = Ka( 2n- 2n — 4 —To samo becjsie w trzeciej komorze V3 = K la- (-^ + -5_)1 = Ka {*=*. [ n 2n J 2n i tak dalej az do trzeciej od konca, Vn_, =K U [' (n — 3) a _ a n 2n ]- Ka- 2n i w przedostatniej vn-i = K a- (n — 2) a a 2n — Ka 2n Oznaczajac przez W szybkosc krazenia mie¬ szaniny w rurze I, dlugosci llf 12 . . . ln — 1 rury sa takie, ze czas zetkniecia sie mieszaniny 1 P z katalizatorem w komorze rzedu p bedzie W i nastapi przemiana weglowodoru w ilosci — n przy szybkosci przemiany Vp, ustalonej dla odpowiedniej komory.Biorac pod uwage kolejne komory, otrzymu¬ jemy: V! W 12 w = v,^=v,i. li w ¦ = V, 1„ n—l" W li Ka 2n—1 _ 12 Tr„ 2n- W 2n ¦ = -2- Ka W 2n iB=lKa^_ 2n W Dlugosci li, 12 ln-i to jest objetosci zajmowane przez katalizator w komorach, po¬ winny odpowiadac nastepujacym zaleznosciom: 12 _2n—1 lj 2n —3 I3 =2n —3 U 2n —5 ln—1 1,67 ln —2 W ten sposób dla liczby komór co najmniej równej 5, stosunek objetosci komory do obje¬ tosci poprzedniej komory wynosi minimum 1,05 i wzrasta stale dochodzac do 1,67 miedzy przedostatnia komora (n — 1) i ta która ja poprzedza.Ten rezultat odnajduje sie wyraznie oblicza¬ jac stosunek objetosci komór (n — 2) i (n—1) otrzymuje sie: -=£=£1,70 L2 Jakkolwiek scisle obliczenie wykazuje, ze n-ta komora powinna posiadac objetosc nie¬ skonczona w celu calkowitego wyczerpania weglowodoru, rachunek przyblizony (który za¬ stepuje krzywa logarytmiczna kolejnoscia stycznych) pozwala równiez dobrac objetosc n-tej komory.Stosujac te regule otrzymuje sie w ten spo¬ sób ln-l Inaczej mówiac, jesli chce sie otrzymac prak¬ tycznie calkowite wyczerpanie weglowodoru, korzystnie jest dobrac objetosc ostatniej komo¬ ry trzykrotnie wieksza od objetosci poprzed¬ niej komory, jesli wyczerpanie ostatniej czesci — przedstawia biorac pod uwage potrzebna n objetosc katalizatora, znaczenie ekonomiczne.Rozpraszanie ciepla przez komory moze wply¬ wac na zmiane nie tylko ich liczby, ale i ich rozlozenie.Oziebianie komór jest na ogól proporcjonalne do ioh powierzchni zewnetrznej, to znaczy pro¬ porcjonalne do li, 12.Przyjmijmy, ze w komorze li czesc D wypro¬ dukowanego ciepla Q ucieka przez sciany i ze mimo to, rozpietosc temperatury A t miedzy wejsciem do komory i wyjsciem bedzie równa Ts — Ti. W tych warunkach, komora la roz¬ proszy czesc: 2n—3 ilosc wyprodukowanego ciepla, a czesc pozosta¬ jaca w komorze bedzie wynosic: Q(l = ?n —1D) 2n —3 tak, ze ilosc ciepla uzupelniajacego A Q roz¬ proszonego w porównaniu z pierwsza komora wyniesie AQ = C 2n—1_ 2n—3 DDQ Dlugosc 12 drugiej komory moze wiec byc pro¬ porcjonalnie podwyzszona w celu zachowania rozpietosci A t. Mamy wiec — 5 —l2 = l12n=l[1 + D(2nzll_1)] 2n—3[ 2n—3 | W ten sam sposób prowadzi sie obliczenia dla innych komór.W tym wyrazeniu D jest dana doswiadczalna i zmienia sie znacznie wraz ze zmiana postaci komory i jej objetosci bezwzglednej (D jest tym mniejsze im wieksze sa komory).Jezeli jednak, jak juz poprzednio wspomina¬ no i rozproszenie ciepla osiagnie polowe ciepla wydzielonego: D = —, wspólczynnik poprawki 1 + D.(?£ll!-1) 2n —3 mozna pominac dla komór, które nastepuja bezposrednio po pierwszej. Ten spólczynnik zwieksza sie do ]+—X —=1,33 3 2 dla komory (n — 1) w stosunku do komory (n — 2). Objetosc tej komory bedzie wiec: 1 n_2Xl,67X 1,33-ln_2X 2,2 Z tego widac, ze skoro liczba komór n jest okreslona, azeby w kazdej z nich zostala utle- 2 niona ilosc — weglowodoru wyjsciowego, n objetosc uzyteczna kazdej z tych komór wy¬ prowadza sie z objetosci poprzedniej komory, mnozac przez wspólczynnik o wartosci od 1,05 do 2,2. Wspólczynnik ten wzrasta poczawszy od drugiej komory az do ostatniej, przy czym moze byc dodana jeszcze komora dodatkowa w celu calkowitego przeprowadzenia reakcji.Rodzaj stosowanego weglowodoru i zadany produkt utlenienia wyznaczaja liczbe n, lecz jakakolwiek reakcja wchodzilaby w gre, roz¬ stawienie komór pozostaje takie, jak wskazano.Tytulem nieograniczajacego przykladu zasto¬ sowania wynalazku zostanie opisany sposób utleniania naftalenu.Fig. 2 przedstawia schematycznie urzadze¬ nie do stosowania sposobu wedlug wynalazku.Naftalen doprowadza sie na przemian z jed¬ nego z dwóch zbiorników 1 ogrzewanych para o niskim cisnieniu. Pobierany pompa 2, prze¬ chodni kolejno przez zawór regulujacy 3, zbiornik regulujacy cisnienie 4 i miernik obro- tcwy 5 do mierzenia ilosci wtryskiwanego naf¬ talenu, po czym przechodzi do mieszalnika 6, w którym miesza sie z powietrzem w stosunku 30 g na metr szescienny. Mala ilosc powietrza, dochodzaca z kompresora 7 pod cisnieniem 3 kg przewodem 8, rozpyla najpierw goracy naftalen za pomoca dyszy 6a, a z drugiej stro¬ ny kompresor obrotowy 9, o wydajnosci duzo wiekszej od poprzedniego doprowadza wieksza czesc powietrza pod nadcisnieniem 0,75 kg poprzez posredni ogrzewalnik elektryczny 10, który podnosi temperature powietrza do 140° C, przy czym temperatura ta jest potrzebna do dobrego rozpylania naftalenu.Wtryskuje sie w ten sposób okolo 60 kg naftalenu na godzine do 2000 m3 powietrza.Mieszanina powietrza z naftalenem przechodzi nastepnie przez wymiennik ciepla 11 o wiazce rurek, w którym gorace gazy, nadchodzace z komór do katalizy przechodzac w przeciw- pradzie ofdaja mieszaninie cresc swego ciepla.Miedzy tym wymieniaczem a pierwszym kon¬ wertorem katalitycznym 13a znajduje sie pod¬ grzewacz elektryczny 12, który w zasadzie jest uzywany tylko do rozruchu urzadzenia i który zostaje wylaczony z obiegu, gdy reakcja zostaje zapoczatkowana i wymieniacz ciepla jest w sta¬ nie podniesc temperature mieszaniny do wy¬ macanych 350° C.Mieszanina powietrza z naftalenem o tempe¬ raturze 350° C przechodzi do pierwszej komory katalitycznej 13a, posiadajacej w swej czesci górnej siatke do zatrzymywania pylu, a nastep¬ nie warstwe katalizatora w pastylkach o kilku milimetrach srednicy. Przechodzac przez kata¬ lizator, czesc naftalenu przeksztalca sie w bez¬ wodnik ftalowy, a cieplo reakcji podnosi tem¬ perature mieszaniny do okolo 410°C. Przed przejsciem do nastepnej komory 13b, miesza¬ nine oziebia sie do temperatury 350° C przez wtryskiwanie wody rozpylonej w 14a za po¬ moca sprezonego powietrza doprowadzanego z kompresora 7 przewodem 8a. Woda jest wtryskiwana pompa 15 przewodem 16 — 16a.Mieszanina reakcyjna przechodzi nastepnie kolejno przez szesc konwertorów 13a do 13g.Temperatura jej za kazdym razem jest dopro¬ wadzana do 350° C przez wtryskiwanie wody, w podobny sposób w miejscach 14-b, -c, -d, -e i /. Odpowiednie zawory sa umieszczone na przewodzie 16, a zawory powietrzne na przewodzie 8 kompresora 7. Poszczególne prze¬ wody do wody i powietrza, analogicznie do 6a i 8a nie zostaly uwidocznione na rysunku, zeby uniknac przeladowania.W tym wykonaniu liczba komór wynosi sie¬ dem, co daje rozpietosc temperatur miedzy — 6 —wejsciem i wyjsciem kazdej komory równa 350 = 50° C. Co wiecej, stosujac regule 7 rozmieszczenia znajdujemy dla pierwszych szesciu komór objetosci proporcjonalne do 7 6 5 4 3 .,.L —; L—; L —; L —; L —; 12, siódma ko- 6 5 4 3 2 mora majac objetosc trzy razy wieksza od przedostatniej bedzie miec objetosc odpowia¬ dajaca 3 L 2.W tych komorach, objetosci katalizatora (lub ciezary katalizatora, przyjmujac ze jest on jednorodny) sa proporcjonalne do tych liczb.W opisanym urzadzeniu cala masa uzytego katalizatora jest rzedu 1,5 tonny.W przedstawionym wykonaniu, poszczególne konwertory sa podobne do siebie, podczas gdy analogicznie jak na fig. 1, konwertory te mo¬ glyby miec przekrój staly i wysokosc zmienia¬ jaca sie stosownie do podanej wyzej zasady.Mozna równiez, jesli oziebianie zewnetrzne jest bez znaczenia i jesli jest duza liczba komór (wyzej wykazano, ze w przypadku bezwodnika ftalowego liczba komór powinna wynosic osiemnascie), zastosowac szereg komór o tej samej objetosci i rozmiescic wewnatrz nich ilosci katalizatora, odpowiadajace podanej re¬ gule rozmieszczenia.W ten sposób przeprowadzony piroces kata¬ lizy, pozwala na wykorzystanie w przyblizeniu calosci naftalenu, ulegajacego przeksztalceniu w bezwodnik ftalowy z wydajnoscia bliska 95o/o.Przedstawione urzadzenie obejmuje, miedzy innymi (nie zaznaczone na rysunku) filtr do wody i tablice rozdzielcza oraz pomiarowa, z róznymi aparatami do mierzenia tempera¬ tury, z wodomierzem do mierzenia ilosci wtrys¬ kiwanej wody, jak równiez ze wspomnianymi zaworami do regulacji.Po wyjsciu z ostatniego konwertora, gorace gazy przechodza przez wymiennik ciepla 11 w którym ogrzewaja mieszanine wyjsciowa, nastepnie wchodza do zespolu komór konden¬ sacyjnych 17, w którym przechodza kreta dro¬ ga pomiedzy dwudziestoma kolejnymi przegro¬ dami. Komory sa ze zwyklej blachy, o po¬ dwójnej scianie, oziebiane krazacym powie¬ trzem, tloczonym za pomoca czterech osiowych wentylatorów 18-a, -b -c i -d. Gazy wchodza do komór o temperaturze 150°C, a wychodza o temperaturze 65° C, pozostawiajac wytworzo¬ ny bezwodnik ftalowy wraz z zanieczyszcze¬ niami utworzonymi w reakcji, a mianowicie naftochinonem, kwasem maleinowym itd. Ze¬ brany bezwodnik ftalowy oczyszcza sie przez destylacje.Po wyjsciu z komory kondensacyjnej, po¬ wietrze zawierajace jeszcze mala ilosc bez¬ wodnika ftalowego i naftochinonu przemywa sie przez skrapianie zwykla woda w wiezy 19 w której zostaje orto calkowicie uwolnione od unoszonych zwiazków, po czym zostaje wy¬ dalone na zewnatrz. Wieze przemywajaca sta¬ nowi naczynie wysokosci okolo 4 m, a urzadze¬ nie skraplajace obejmuje 64 dysz do wtryski¬ wania wody, zapewniajacych dobre rozpylenie.Wode z przemywania usuwa sie. W rezulta¬ cie dobra wydajnosc katalizy otrzymywana w urzadzeniu wedlug wynalazku wiaze sie ze skutecznym funkcjonowaniem komór konden¬ sacyjnych, sprawiajacym, ze nie ma potrzeby odzyskiwania produktów zawartych w -wodzie z przemywania, po wyjsciu tej wody z cyklu produkcyjnego.W aparaturze opisanej, oziebianie miedzy dwoma kolejnymi komorami osiaga sie jedynie za pomoca wtryskiwanej wody. Woda ta prze¬ chodzac w stan pary daje te korzysc, ze roz¬ ciencza mieszanine i w konsekwencji, zmniej¬ sza ryzyko eksplozji. Jednakze ten sposób chlo¬ dzenia polaczony jest z drugiej strony z naste¬ pujacymi niedogodnosciami.Jakkolwiek reakcja jest bardzo egzotermicz¬ na, nie regeneruje sie wcale ciepla. Co wiecej, jesli po ostatniej komorze produkt utleniania ma byc wydzielony przez kondensacje, obec¬ nosc znacznej ilosci wody w mieszaninie moze byc klopotliwa. W rezultacie, jesli ilosc pary wodnej zawartej w mieszaninie jest zbyt duza, nie mozna dostatecznie oziebic tej mieszaniny, bez skroplenia wody, zamiast zeby woda pozo¬ stawala w stanie pary suchej, pozwalajacej na oddzielenie wprost produktu utleniania.Na przyklad, w szczególnym przypadku gdy, ilosc wody wytworzonej w reakcji, pozwolila¬ by na koncu reakcji, obnizyc temperature mie¬ szaniny do okolo 35° C, w celu wydzielenia bezwodnika ftalowego, bez skroplenia wody, to gdy stosuje sie jedynie wode do oziebiania mieszaniny w trakcie reakcji, ilosc wody za¬ wartej w mieszaninie koncowej jest taka, ze umozliwia obnizenie temperatury ponizej 60° C, bez skroplenia sie wody. W temperaturze 60° C preznosc pary bezwodnika ftalowego jest taka, ze czesc produktu reakcji zostaje straco¬ na.Korzystne jest gdy co najmniej czesc oziebia¬ nia, miedzy dwoma kolejnymi komorami do — 7 —-katalizy osiaga sie przez przeprowadzenie mieszaniny reagujacej poprzez chlodzacy wy¬ miennik cieplny.Wymiary tego wymiennika cieplnego powin¬ ny byc takie, zeby osiagniete oziebienie bylo zawsze troche niedostateczne, tak zeby wystar¬ czal maly odpowiednio wyregulowany dodatek wody, w celu doprowadzenia mieszaniny do za¬ danej temperatury.Wymiennik cieplny posiada duzy wymiar i umieszczony jest równolegle z bocznikiem w taki sposób, ze w celu doprowadzenia do od¬ powiedniej temperatury mieszaniny wychodza¬ cej z jednej komory i wchodzacej do nastepnej komory, wystarczy wyregulowanie ilosci mie¬ szaniny przechodzacej z jednej strony przez wymiennik, a z drugiej strony przez bocznik.Przewód rurowy przedstawiony na fig. 3 sklada sie z czesci 21, przylaczonej do wyjscia z komory do katalizy i czesci 22 przylaczonej do wejscia do komory nastepnej. Miedzy tymi dwoma czesciami umieszczony jest oziebiajacy wymiennik cieplny 23, zbudowany na ksztalt kotla plomieniowego rurkowego z zewnetrz¬ nym plaszczem 24, zaopatrzonym w dziurko¬ wane dna 25, w które sa wpuszczone rurki 26, przez które przechodzi mieszanina.Plaszcz 24 zawiera ciecz, na przyklad olej mineralny, doprowadzany pompa 27.Ciecz wychodzaca z plaszcza 24 przeprowa¬ dza sie do wymiennika cieplnego 28, na przy¬ klad w celu ogrzania powietrza przeznaczone¬ go do zmieszania z weglowodorem, który ma byc utleniany. Po wyjsciu z wymiennika 28 ciecz przeprowadza sie do zbiornika 29, skad jest pobierana pompa 27.Wobec tego, ze rozlozenie objetosci uzytko¬ wych komór ma na celu wydzielanie sie prak¬ tyczne takich samych ilosci ciepla we wszyst¬ kich komorach, wszystkie wymienniki umiesz¬ czone miedzy dwiema polaczonymi komorami, moga miec takie same wymiary i moga byc umieszczone równolegle na glównym przewo¬ dzie 51, polaczonym z pompa 27. Tak samo ich wyloty moga byc polaczone równolegle prze¬ wodem 52 doprowadzajacym do wymiennika 28.Pojemnosc kaloryczna tego wymiennika jest taka, ze ilosc ciepla, która pobiera on od mieszaniny jest nieco mniejsza od ilosci po¬ trzebnej do doprowadzenia mieszaniny do temperatury odpowiedniej do wejscia do na¬ stepnej komory. Uzupelnienie oziebienia za¬ pewnia woda, która sie wtryskuje do miesza¬ niny za pomoca pierscieniowej dziurkowanej rury 30, zasilanej pod cisnieniem przez prze¬ wód 31. Ilosc wody jest uzalezniona od tempe¬ ratury mieszaniny wychodzacej z wymiennika.W wykonaniu przedstawionym na fig. 5, przewód 32 stanowiacy polaczenie dwóch kolej¬ nych komór rozdziela sie na dwie czesci 32a i 32b, z których pierwsza przechodzi przez oziebiajacy wymiennik cieplny 33, podczas gdy druga stanowi bocznik tego wymiennika. Za¬ wory motylkowe 34 i 35 reguluja przechodze¬ nie mieszaniny poprzez kazde z odlaczen 32a i 32b. Te zawory wspóldzialaja z odpowiednimi raczkami 36 i 37 które sa sterowane za pomoca sprzezenia 38 i serwomotory 39. Przesuniecie tego sprzezenia w kierunku strzalki F powoduje zamkniecie zaworu 34 i otwarcie zaworu 35.Serwomotor jest sterowany za pomoca piro¬ metru 40 (oporowego, ogniwa termoelektrycz¬ nego itd.), poprzez wzmacniacz 41.Gdy temperatura na poziomie pirometru 40 wzrasta zbyt wysoko, sprzezenie 38 przesuwa sie w kierunku powodujacym zamkniecie za¬ woru 35 i otwarcie zaworu 34 i odwrotnie.Poniewaz ilosc ladunku przechodzaca przez odgalezienie 32b jest mala, podczas gdy ilosc przechodzaca przez wymiennik 33 jest znacznie wieksza, bardzo male zmiany w otwieraniu za¬ woru 35 wystarczaja do znacznej zmiany prze¬ plywu w odgalezieniu 32b, podczas gdy po¬ trzebna jest znacznie wieksza zmiana w otwie¬ raniu zaworu 34, w celu otrzymania zmiany przeplywu w odgalezieniu 32a. Dlatego tez raczki 36 i 37 sa korzystnie niejednakowe, zeby w chwili polaczonego ruchu obu zaworów, przesuniecie katowe zaworu 34 bylo wieksze od przesuniecia katowego zaworu 35.W postaci wykonania przedstawionej na fig. 6, komora do katalizy 13 posiada w swej czesci górnej katalizator 42, który zajmuje objetosc odpowiadajaca regule rozlozenia, a w czesci dolnej wymiennik cieplny 43. Ten wymiennik jak poprzedni posiada dwa dna 44 przez które przechodza cienkie rurki 45, a przez srodek szeroki przewód 46, który moze byc zamkniety za pomoca klapy 47. To zamkniecie jest stero¬ wane za posrednictwem drazka 48, za pomoca serwomotoru 49, który jak poprzednio polaczo¬ ny jest z pirometrem 50, umieszczonym przy wylocie komory.W tym przypadku, wskutek duzego oporu jaki napotyka ciecz przy przejsciu przez cien¬ kie rurki 45, wystarczy regulowac otwarcie klapy 47 w celu zmieniania ilosci mieszaniny przechodzacej z jednej strony poprzez wy¬ miennik, a z drugiej strony glównym prze¬ wodem 46. — 8 —W wykonaniu przedstawionym na fig. 7, ko¬ mora 53 zawiera dwie przeciwstawne czesci w ksztalcie scietego stozka 53a i 53c, polaczone czescia cylindryczna 53b, która okresla objetosc 42 miejsca na katalizator. Wejscie do czesci stozkowej 53a i wyjscie z czesci stozkowej 53c maja takie same wymiary we wszystkich ko¬ morach. Na poziomie wejscia do 53a umieszczo¬ ny jest inzektor do rozpylania wody, posiada¬ jacy w dyszy 54 doprowadzenie wody 55 i do¬ prowadzenie powietrza sprezonego 56, sluzace¬ go do rozpylania wody.Przy wyjsciu za stozka 53c jest umieszczona chlodnica o szeregu rur 57, której wejscie 58 i wyjscie 59 sa polaczone za pomoca bocznika 60, zaopatrzonego w zawór regulujacy 61.Przewód wyjsciowy 62 jest zakrzywiony do góry w taki sposób, ze wznosi sie do poziomu wejscia do nastepnej komory; miedzy tym przewodem a dolna czescia komory jest umieszczony bocznik 63, zaopatrzony w zawór regulujacy 64. Wreszcie zespól komór i prze¬ wodów jest okryty izolacja 65 w celu uniknie¬ cia strat ciepla na zewnatrz i unikniecia skut¬ ków zaklócen w temperaturze otoczenia w re¬ gulacji temperatury wewnetrznej.Podwyzszenie temperatury przy wyjsciu moz¬ na uzyskac albo przez otwarcie bocznika do gazu 64, lub przez otwarcie bocznika 60, chlod¬ nicy do cieczy i na odwrót.Kalorie odzyskane przez chlodnice mozna wykorzystac do stopienia otrzymanego produktu utleniania, jak równiez do destylacji w prózni tego produktu (na przyklad bezwodnika ftalo¬ wego) w koncowym stadium oczyszczania tego produktu. PL

Claims (8)

1. Za strzezenia patentowe 1. Sposób utleniania weglowodorów w mie¬ szaninie z gazem zawierajacy tlen, utle¬ nianie którego wydajnosc jest optymal¬ na w okreslonych granicach temperatury Ti—Ts, za pomoca szeregu kolejnych co¬ raz wiekszych komór do katalizy, które za¬ wieraja coraz wieksze ilosci katalizatorów, i przez które seryjnie przechodzi wspomnia¬ na mieszanina, przy czym przewody po¬ laczeniowe tych komór sa zaopatrzone w urzadzenia chlodzace, znamienny tym, ze ilosc a weglowodoru na jednostke objetosci mieszaniny dobiera sie poczatkowo nizsza od progu eksplozji tej mieszaniny ,a liczbe n kolejnych komór wybiera sie co najwy- 1 zej równa mianownikowi ulamka —=" wy- n mienionej ilosci a weglowodoru, która, utleniona w kazdej komorze, podnosi tem¬ perature jednostki objetosciowej mieszaniny z poziomu odpowiadajacego dolnej granicy Ti temperatury, otrzymanej za pomoca urzadzenia chlodzacego przy wejsciu do tej komory, do blisko górnej granicy Ts tem¬ peratury przy czym objetosc* katalizatora zawartego w kazdej z komór o zwiekszaja¬ cym sie rozmiarze, z wyjatkiem ostatniej, wyprowadza sie z objetosci katalizatora w poprzedniej komorze mnozac przez wspól¬ czynnik, wynoszacy 1,05—2,2 i zwiekszajacy sie poczatkowo powoli, a nastepnie coraz szybciej od jednej komory do nastepnej.

2. Sposób, wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze objetosci katalizatorów, zawartych w ko¬ lejnych komorach od pierwszej do przed¬ ostatniej, gdy n oznacza liczbe komór, sa proporcjonalnie do nastepujacych wartosci: n—1 n —2 n —3

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze gdy n oznacza liczbe stosowanych ko¬ mór, stosunek objetosci katalizatora w dru¬ giej komorze, do objetosci katalizatora znaj¬ dujacego sie w pierwszej komorze równa 2n —1 sie stosunek objetosci katalizato- 2n—3 ra w trzeciej komorze, do objetosci kataliza- 2n —3 tora w drugiej komorze równa sie 2n — 5 itd. az do przedostatniej komory (n — 1), w której stosunek objetosci katalizatora do objetosci katalizatora w poprzedniej ko¬ morze wynosi okolo 1,70.

4. Sposób wedlug zastrz. 2—3, znamienny tym, ze w przypadku straty ciepla przez sciany komór, kolejne wspólczynniki mnozenia objetosci katalizatora mnozy sie przez wspólczynniki zwiekszajace sie od 1 do okolo 1,33.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie objetosc ostatniej komory trzykrotnie wieksza w porównaniu z obje¬ toscia przedostatniej komory.

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w celu zapewnienia^ chlodzenia miedzy dwiema kolejnymi komorami, przepuszczasie gazowa mieszanine poprzez chlodzacy wymiennik ciepla o wydajnosci cieplnej mniejszej od ilosci ciepla wydzielonego w poprzedniej komorze, po czym wtryskuje sie do tej gazowej mieszaniny wode w po¬ staci cieklej aby osiagnac przez parowanie tej wody dodatkowe chlodzenie, doprowa¬ dzajace mieszanine do dolnej temperatury Ti.

7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w celu zapewnienia chlodzenia miedzy dwiema kolejnymi komorami przepuszcza sie gazowa mieszanine poprzez wymiennik ciepla o wydajnosci cieplnej wiekszej od ilosci ciepla wydzielonego w poprzedniej komorze, przy czym mogaca byc regulowa¬ na czesc tej gazowej mieszaniny przechodzi bezposrednio w wyzszej temperaturze Ts z poprzedniej komory do komory nastepnej.

8. Sposób wedlug zastrz. 6 i 7, znamienny tym, ze mieszanine gazowa przepuszcza sie przez wymienniki, zasilane równolegle przez to samo zródlo cieczy chlodzacej. Societe d'E tudes de Techniaues I n d u s t r i el 1 e s Nouvelles Zastepca: mgr Józef Kaminski, rzecznik patentowyDo opisu patentowego nr 44867 Ark. 1 rm:3Do opisu patentowego nr 44867 Ark. 2 rUj:7 ZG „Ruch", W-wa, z. 530-61 B5 — 100 egz. BIB LI' u Polskiej tiiBuziipflspoli^L^a PL