PL64384B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 15.1.1972 64384 KI. 12 g, 4/02 MKP B 01 j, 4/02 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Henryk Cieszynski, Janusz Beres, Hubert Pajak Wlasciciel patentu: Instytut Ciezkiej Syntezy Organicznej, Blachownia Slaska (Polska) Urzadzenie do badania procesów katalitycznych Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do badania procesów katalitycznych w ukladach niejednorodnych przebiegajacych w fazie gazowej lub cieklej, w szerokim zakresie temperatur i cisnien.Procesy katalityczne w ukladach niejednorodnych jak na przyklad procesy katalitycznego utleniania, redukcji, polimeryzacji charakteryzuja sie znacznym efektem cieplnym.Zachowanie pelnej izotermicznosci procesu, stanowia¬ ce niezbedny czynnik dla wyznaczenia aktywnosci kata¬ lizatorów i okreslenia kinetyki reakcji, przedstawia du¬ za trudnosc w badaniach laboratoryjnych.Dotychczas badania tego typu prowadzone sa naj¬ czesciej w przeplywowych reaktorach rurowych, przy zastosowaniu róznych rozwiazan konstrukcyjnych, zwla¬ szcza w zakresie wymiany ciepla.Znaczne róznice stezen substratów i produktów re¬ akcji, a takze znaczne róznice temperatur wzdluz wyso¬ kosci warstwy katalizatora, bedace wynikiem duzych efektów cieplnych, uniemozliwiaja wyznaczenie równa¬ nia kinetycznego reakcji w reaktorach tego typu.Znacznie korzystniejsze rozwiazania stanowia pod tym wzgledem tak zwane reaktory rózniczkowe z ukla¬ dami przeplywowo-cyrkulacyjnymi. Jednakze i one nie nadaja sie do badania wiekszosci procesów kontakto¬ wych, z uwagi na stosowanie bardzo malych ilosci ka¬ talizatora oraz wtórne reakcje produktów, zachodzace w ukladzie cyrkulacyjnym.Znane jest takze urzadzenie metalowo-szklane do ba¬ dania procesów katalitycznych, w którym katalizator 10 15 20 25 30 umieszczony jest w pojemnikach, zamocowanych w spo¬ sób staly na wirujacej osi. Dzieki idealnemu wymiesza¬ niu substratów, urzadzenie zapewnia utrzymanie stalej temperatury oraz stalosc stezenia reagentów w kazdym punkcie zloza katalitycznego.Opisane urzadzenie nie umozliwia jednak badania procesów przebiegajacych w temperaturach powyzej 200°C, jak równiez przy zastosowaniu obnizonego, wzglednie podwyzszonego cisnienia. Jest ono ponadto bardzo skomplikowane pod wzgledem konstrukcyjnym, zas wymiana wzglednie uzupelnienie katalizatora jest bardzo uciazliwe i wymaga demontowania calego ukladu.Celem wynalazku jest skonstruowanie urzadzenia umozliwiajacego prowadzenie badan procesów katali¬ tycznych w szerokim zakresie temperatur i cisnien, przy zachowaniu calkowitej równowagi stezen mas i izoter¬ micznosci reakcji.Istota urzadzenia wedlug wynalazku polega na zasto¬ sowaniu pojemników katalizatora, które mozna wpro¬ wadzac i wyjmowac z reaktora przez odpowiednio skon¬ struowane zamkniecie. Pojemniki te zamocowane sa na wirujacej osi, polaczonej z silnikiem elektrycznym po¬ przez system uszczelniajacy, zapewniajacy mozliwosc pracy w szeroki:^ zakresie temperatur i cisnien.Urzadzenie wedlug wynalazku przedstawione na ry¬ sunku stanowi cylinder metalowy 1 wewnatrz którego zamontowany jest obrotowy wal [2. Szczelnosc miedzy sciana reaktora a walem zapewnia dlawik 3 posiadajacy chlodzenie wodne. Na wale przymocowane sa skrzydel- 6438464384 3 4 ka 4 spelniajace role mieszadla. Rozmieszczone sa one symetrycznie na obwodzie walu, pod katem 35—45° w stosunku do poczatku i konca osi walu. Miedzy skrzy¬ dlami na wale zamocowane sa symetrycznie cztery per¬ forowane przegrody 5 z uchwytami 6, sluzacymi do osa¬ dzania w nich wymiennych pojemników 7.Same pojemniki wykonane sa z perforowanej blachy o srednicy otworków, np. od 1 do 3 mm. Na obwodzie wewnetrznym sciany reaktora przymocowane sa trwale cztery turbulizatory 8. Stanowia one poprzeczne prze¬ grody rozmieszczone symetrycznie na plaszczu reaktora.Po stronie zewnetrznej reaktora znajduje sie zamkniecie 9 przez które wprowadza sie do wnetrza reaktora wy¬ wazone pojemniki z katalizatorem.Po zewnetrznej stronie plaszcza cylindra znajduje sie, na calej wysokosci, elektryczne uzwojenie 10 grzejne, z mozliwoscia regulacji temperatury.W dolnej pokrywie reaktora znajduje sie króciec 11 sluzacy do doprowadzania reagentów, a w górnej po¬ krywie króciec 12 do odprowadzania produktów re¬ akcji. Pomiar temperatury wewnatrz reaktora dokony¬ wany jest za pomoca termoelementu 13.Dzieki mozliwosci latwej i szybkiej wymiany kataliza¬ tora, prostocie konstrukcji i latwej obsludze, reaktor wedlug wynalazku nadaje sie szczególnie do seryjnych badan porównawczych katalizatorów. Umozliwia takze precyzyjne badania kinetyki procesów kontaktowych, przebiegajacych w temperaturze do 700°C, przy obnizo¬ nym wzglednie podwyzszonym cisnieniu. Do jego szcze¬ gólnych zalet nalezy wyrównanie temperatur oraz stezen substratów i produktów w calej objetosci reaktora, a takze szybka regulacja podstawowych parametrów pro¬ cesu.Przyklad wykonania. Reaktor wedlug wynalazku zbu¬ dowany jest ze stali kwasoodpornej i sklada sie z obu¬ dowy cylindrycznej, zamkniecia dolnego oraz zdejmowa¬ nej pokrywy górnej która przykrecona jest do reaktora 6-cioma srubami. Pokrywa z czescia cylindryczna uszczelniana jest plyta azbestowa. Na wewnetrznej cze¬ sci metalowego cylindra zamocowane sa cztery turbuli¬ zatory w postaci plaskowników umieszczonych pod ka¬ tem 90° wzgledem siebie. Turbulizatory maja na celu zwiekszenie intensywnosci mieszania skladników w cza¬ sie pracy. W pokrywie górnej znajduje sie otwór zamy¬ kany nakretka metalowa dla wprowadzania pojemników z katalizatorem, pochwa termopary przesuwnej oraz króciec wprowadzajacy surowiec z mieszalnika i prze¬ wód odprowadzajacy produkty reakcji.Poprzez dolna pokrywe reaktora wprowadzony jest wal obrotowy umieszczony w srodku ukladu. Na wale umieszczono zawieszenie zaopatrzone w mieszadlo oraz wsporniki, w których umieszcza sie pojemniki z katali¬ zatorem. Zawieszenie wykonane jest z blachy perforo¬ wanej. Polaczenie z walem nastepuje przez zalozenie przetyczki. Szczelnosc aparatu zapewnia dlawik chlo¬ dzony woda.Chlodnice wykonano w postaci kanalików przechodza¬ cych przez dlawnice. Jako uszczelnienie dlawika stosuje sie teflon. Dlawik wyposazony jest w lozysko slizgowe wykonane z mosiadzu. Dla zapewnienia stabilnosci pra¬ cy urzadzenia wal przeprowadzony jest przez obudowe lozyska, w której znajduje sie lozysko slizgowe. Lozysko utrzymywane jest w obudowie dwoma przeciwnakretka- mi, które jednoczesnie zabezpieczaja reaktor przed prze¬ suwaniem sie walu reaktora w plaszczyznie pionowej.Obudowa lozyska umocowana jest trzema wspornikami na dolnej pokrywie reaktora. Wal napedzany jest sila obrotowa silnika elektrycznego z którym polaczony jest bezposrednio sprzeglem.Do urzadzenia wedlug wynalazku substraty reakcji wprowadza sie w sposób ciagly, bezposrednio lub po uprzednim przeprowadzeniu ich w stan pary, do dolnej czesci reaktora. Dzieki burzliwej cyrkulacji wewnatrz reaktora wywolanej ruchem wirowym skrzydelek osa¬ dzonych pod katem 35—45° na wale obracajacym sie z szybkoscia od 1300 do 2000 obrotów/minute oraz umo¬ cowanym na wewnetrznej scianie reaktora turbulizato- rom, istnieje w calej objetosci reaktora wyrównana tem¬ peratura oraz stezenie substratów i produktów.Przeznaczony do badania aktywnosci katalizator, wzglednie katalizator, na którym bada sie kinetyke re¬ akcji kontaktowych przebiegajacych w fazie gazowej lub cieklej, umieszczony jest w perforowanych pojem¬ nikach o wielkosci otworów od 1—3 mm. Katalizator uformowany jest w pastylki lub granulki o wielkosci ziarna 3—5 mm. Pojemniki z katalizatorem dokladnie wywazone wprowadza sie do reaktora otworem znajdu¬ jacym sie w górnej pokrywie i osadza kolejno w czte¬ rech uchwytach znajdujacych sie na perforowanych prze¬ grodach osadzonych na wale.Nastepnie po przeplukaniu gazem obojetnym ogrzewa sie reaktor do temperatury wymaganej dla przebiegu ba¬ danego procesu oraz wprowadza w ruch wal, na którym znajduja sie mieszadla i pojemniki z katalizatorem, od¬ powiednim dla badanego procesu. Substraty wprowadza sie w sposób ciagly z szybkoscia uwarunkowana kine¬ tyka reakcji badanego procesu. Dzieki jednakowej tem¬ peraturze w calym ukladzie reakcji i burzliwej cyrkula¬ cji wewnatrz reaktora wywolanej odpowiednia kon¬ strukcja, reagenty stykaja sie wielokrotnie z wirujacym zlozem katalizatora. Warunki procesu sa tak korzystne, ze reakcja zachodzi natychmiast. Z górnej czesci reak¬ tora odprowadza sie w sposób ciagly produkty reakcji i poddaje bezposrednio analizie.Jezeli otrzymane produkty sa w fazie gazowej lub w postaci pary reaktor polaczony jest bezposrednio z chro¬ matografem, na którym w sposób ciagly odczytuje sie wyniki analizy.Przyklad. Do reaktora, przedstawionego schema¬ tycznie na rysunku wprowadzono cztery pojemniki, za¬ wierajace 14 ml katalizatora bizmutowo-molibdenowe- go, uformowanego w pastylki o srednicy 3 mm. Po sprawdzeniu szczelnosci rozpoczeto ogrzewanie reaktora, oraz uruchomiono silnik elektryczny, wprowadzajacy pojemniki z katalizatorem w ruch wirowy, z szybkoscia 1400 obrotów na minute. Po okolo 30 minutach uzy¬ skano w strefie reakcyjnej temperature 490°C i rozpo¬ czeto dozowanie surowców, oraz odbiór produktów re¬ akcji. W okresie 1 godziny wprowadzono 5,08 1 gazu o skladzie 17.7% C3H6, 17.1% 02 i 65.1% N2.Produkty opuszczajace reaktor przemyto woda w ko¬ lumnie absorpcyjnej, uzyskujac w ciagu godziny 4.07 1 gazu o skladzie: 11.5% C3H6, 3.4% C02 1.4% 0,2, 1.5% CO i 81.2% N2. Równoczesnie uzyskano 44.8 g wodnego absorbatu, zawierajacego 1.53% akrylonitrylu, oraz 0.024 % acetonitrylu. W absorbacie nie stwierdzono obec¬ nosci cyjanowodoru, oraz akroleiny i aldehydu octo¬ wego. Uzyskane rezultaty oznaczaja konwersje propyle- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 64384 6 nu równa 47.8% oraz selektywnosc do akrylonitrylu — 70.6%, do acetonitrylu — 9.9%, C02 — 10.7%, CO — 7.7%. Obliczenia bilansowe reakcji w stosunku do pro¬ pylenu 99,5%, oraz tlenu 102.5%/wskazuja na wysoka szczelnosc aparatury i przebieg procesu zgodny z zalo¬ zeniami teoretycznymi. PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Urzadzenie do badania procesów katalitycznych, zna¬ mienne tym, ze stanowi metalowy cylinder (1), wew¬ natrz którego zamontowany jest obrotowy wal (2), uszczelniony dlawikiem (3) chlodzonym woda, na któ¬ rym to wale osadzone sa pod katem 35—45° w stosun- 10 ku do poczatku i konca osi walu skrzydelka (4), rozmie¬ szczone na obwodzie walu, zas miedzy skrzydlami na wale zamocowane sa symetrycznie cztery perforowane przegrody (5) z uchwytami (6) na pojemniki (7) wyko¬ nane z blachy perforowanej, dodatkowo na obwodzie wewnetrznym sciany reaktora rozmieszczone sa syme¬ trycznie turbulizatory (8) i termoelement (13), zas po zewnetrznej stronie reaktora na pokrywie górnej znaj¬ duje sie zamkniecie (9), sluzace do wprowadzania wy¬ wazonych pojemników z katalizatorem, a na calej wy¬ sokosci sciany reaktora nawiniete jest elektryczne uzwo¬ jenie (10) grzejne, przy czym króciec (11) sluzy do do¬ prowadzania reagentów, a króciec (12) do odprowadza¬ nia produktów reakcji. PL PL