<Desc/Clms Page number 1>
ANGLO-IRANIAN OIL COMPANY LIMITEE), résidant à LONDRES.
PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS DE REACTION.
La présente invention est relativeà un appareil de réaction amélioré, convenant pour réaliser une réaction entre un ou plusieurs corps réagissants en phase gazeuse et un ou plusieurs corps réagissants en phase liquide
Un but de la présente invention consiste à prévoir un appareil de réaction amélioré permettant de réaliser des réactions exothermiques ou endothermiques, entre un ou plusieurs corps réagissants se trouvant en pha- se gazeuse et un ou plusieurs corps réagissants se trouvant en phase liqui- de. Un autre but est de prévoir un appareil de réaction dans lequel le rap- port du taux de passage de gaz à la durée de séjour du gaz peut être soumis à une variation réglée, en donnant de ce fait une souplesse au réglage de la réaction.
Suivant l'invention, il est prévu un appareil de réaction mul- titubulaire, comprenant une série de tubes de réaction qui, dans la posi- tion de traitement de l'appareil de réaction, sont sensiblement verticaux les extrémités supérieures de ces tubes traversant une plaque à tubes supérieure et leurs extrémités inférieures traversant et se prolongeant au delà d'une plaque à tubes inférieure, la portion de ces tubes comprise entre les plaques à tubes inférieure et supérieure étant enfermée dans une chambre ou enveloppe, grâce à laquelle les surfaces extérieures de ces tubes compris dans cette enveloppe peuvent être mises en contact avec un agent ou milieu d'échange de chaleur circulant dans ladite enveloppe,
1' appareil de réaction étant délimité en dessous de la plaque à tubes infé- rieure et au-dessus de la plaque à tubes supérieure pour former des cham- bres fermées, lesdites chambres étant respectivement pourvues d'un moyen destiné à l'introduction de corps réagissants et d'un moyen pour l'enlève- ment de produits.
<Desc/Clms Page number 2>
Les extrémités inférieures d'au moins certains des tubes de réaction sont de préférence, pourvues de moyens de répartition ou dis- tribution de gaz, grâce auxquels, en cours de traitement, un courant de petitesbulles du corps réagissant se trouvant en phase gazeuse est forcé de monter, à travers le corps réagissant se trouvant en phase liquide, dans chaque tube pourvu desdits moyens, et ce au voisinage de la paroi de ce tube.
Habituellement, l'appareil de réaction contiendra entre 20 et 500 tubes de réaction. L'invention n'est cependant pas limitée à cet égard et un nombre plus élevé ou plus petit de tubes de réaction peut être utilisé suivant les désirs.
Les moyens de répartition du gaz peuvent prendre la forme de sections découpées aux extrémités inférieures des tubes de réaction ou près de ces extrémités. Ou bien, les extrémités inférieures de ces tubes peuvent être pourvues d'anneaux ou bouchons poreux, par exemple, en métal fritté, matière céramique, toile métallique ou matière fi- breuse.
Lors du fonctionnement, l'alimentation gazeuse pénètre dans la chambre inférieure de l'appareil de réaction, et se recueille dans l'espace environnant les prolongements des tubes de réaction sous le pla- teau à tubes, et de là cette alimentation gazeuse monte bulle à bulle dans chaque tube en traversant le moyen de répartition. Un avantage de cette méthode réside dans le fait qu'il est impossible que le moyen de répartition soit bouché car il est soumis à l'action de lavage du mélange de réaction liquide. Un autre avantage réside dans la simplici- té des connexions d'alimentation à la base de l'appareil de réaction.
Un autre avantage encore réside dans le fait que les bulles de gaz s'é- lèvent près des parois des tubes et que la réaction peut se produire près de la surface à travers laquelle la chaleur est enlevée ou fournie grâce à un agent ou milieu d'échange de chaleur. Un autre avantage encore réside dans le fait que le taux ou vitesse de circulation du gaz peut être varié suivant une large gamme de valeurs,sans qu'il y ait altération ap- préciable de la pression du gaz.
Dans une variante de ce type d'appareil de réaction, il est également prévu au moins un tube à circulation descendante, sensiblement parallèle aux tubes de réaction, ledit tube à circulation descendante passant à travers les plaques à tubes supérieure et inférieure et se ter- minant à son extrémité inférieure à un niveau plus bas que les extrémités des tubes de réaction.
Le liquide dans un appareil de réaction de ce type circulera en montant dans les tubes à travers lesquels le gaz passe et en descendant dans les tubes qui se prolongent dans le liquide dans la chambre inférieure de l'appareil de réaction; ceci convient spécialement pour l'usage dans des cas où le gaz se dissout avec une facilité relative dans le mélange de réaction mais où la réaction dans la phase liquide est relativement lente.
@
Dans une autre variante de l'appareil de réaction, au moins une chicane verticale est prévue dans la chambre inférieure et y est at- tachée à la plaque à tubes inférieure, grâce à quoi la portion supérieure de la chambre inférieure est divisée en au moins deux compartimenta, des moyens étant prévus pour l'introduction séparée de corps réagissant gazeux dans chacun desdits compartiments . Les compartiments peuvent être réunis entre eux en dessous du niveau du liquide.
En réglant la quantité de gaz alimentée à chaque compartiment les durées de séjour du liquide et du gaz dans l'appareil de réaction peuvent être variées. L'alimentation gazeuse allant aux deux ou à tous
<Desc/Clms Page number 3>
les compartiments dans la chambre inférieure de l'appareil de réaction, des bulles de gaz d'une dimension relativement petite s'élèveront dans les tubes prévus pour la circulation de gaz et,comme elles sont petites ces bulles circuleront relativement lentement à travers le liquide dans les tubes. Ainsi la durée de séjour du gaz dans l'appareil de réaction sera relativement longue.
Si alors l'alimentation gazeuse est envoyée à un, ou à un plus petit nombre que précédemment, des compartiments dans la chambre inférieure de l'appareil de réaction, mais au même taux total que ci-avant, les bulles de gaz étant plus grandes circuleront plus vite et la durée de séjour du gaz sera plus courte et celle'du liquide, plus longue de manière correspondante.
Ou bien, il peut être désirable de modifier la circulati on de gaz, par exemple, en recyclant plus au moins de gaz, tout en mainte- nant constante la durée de séjour. Ceci peut être fait en modifiant le nombre de compartiments auxquels du gaz est alimenté dans la chambre in- férieure de l'appareil de réaction.
Les appareils de réaction suivant la présente invention con- viennent particulièrement pour la réalisation de réactions exothermiques ou de réactions endothermiques. Dans le premier cas, un agent de refroi- dissement circule dans l'enveloppe de l'appareil de réaction, tandis que dans le second cas, un moyen de chauffage est mis en circulation. Dans l'un et l'autre cas, une amélioration peut être réalisée dans le réglage des réactions en utilisant le présent appareil de réaction, par suite de ses caractéristiques propres, grâce auxquelles la phase initiale de la réaction s'effectue dans les sections des tubes de l'appareil de réac- tion, qui ne sont pas en contact avec le milieu ou agent d'échange de cha- leur.
C'est ainsi que dans une réaction endothermique, la température du mélange de réaction dans les quelques pouces inférieurs des tuves sera élevée, en tombant ensuite rapidement à un minimum pour s'élever ensuite graduellement. Dans une réaction exothermique, la température du mélan- ge de réaction sera initialement basse, pour s'élever ensuite rapidement à un maximum avant de tomber graduellement au long des tubes. On croit que ces caractéristiques de température sont, en fait, un résultat du re- tard provoqué par le gaz qui doit se dissoudre dans le mélange de réaction suivi d'une vitesse initiale rapide de réaction, qui diminue lorsque les concentrations de corps réagissants et de produits approchent des valeurs d'équilibre.
La longueur du prolongement des tubes de l'appareil de réac- tion, en dessous de la plaque à tubes inférieure, peut être prévue de ma- nière que la température minimum (pour des réactions endothemiques) ou la température maximum (pour des réactions exothermiques) soit atteinte juste au-dessus de la plaque à tubes inférieure, là où l'agent de chauffage ou de refroidissement est introduit dans l'enveloppe. La vitesse de 1' agent peut être prévue supérieure là où le plus grand transfert de cha- leur est requis, grâce à des chicanes.
L'appareil de réaction suivant la présente invention peut être utilisé pour l'une quelconque d'une large variété de réactions chimiques par exemple, halogénation, hydrogénation, oxydation, hydroformylation alcoylation, et polymérisation, des exemples spécifiques de ces réactions étant donnés ci-après.
1. La réaction d'oxonation entre du propylène, de l'oxyde de carbone et del'hydrogène avec un catalyseur au carbonyle de cobalt, pour réaliser des butyraldéhydes.
2. Une oxydation avec de l'air ou de l'oxygène de mélanges hydrocarbonés légers, pour réaliser des acides gras.
3. L'insufflation d'air d'huiles végétales.
<Desc/Clms Page number 4>
L'invention est illustrée par les figures 1 à 9, mais pas limitée à ces réalisations.
Les figures 1 à 3 illustrent trois types d'appareil de réac- tion suivant la présente invention.
Les figures 4 à 9 illustrent différents dispositifs de répar- tition ou distribution de gaz, qui peuvent être utilisés aux extrémités inférieures de ces types d'appareils de réaction.
En se référant à la figure 1, l'appareil de réaction comprend une série de tubes verticaux parallèles 1 (5 tubes sont représentés) attachéeà leur extrémité supérieure, à une plaque à tubes 2 et passant au voisinage de leur extrémité inférieure, à travers une plaque à tubes 3.
Les plaques à tubes 2 et 3 constituent les sections terminales d'une enve- loppe ou chambre délimitée par une paroi extérieure 4, à laquelle sont res- pectivement attachées des conduites d'entrée et de sortie 5 et 6. A la pla- que à tubes 2 est boulonné un carter en forme de dôme 7 auquel est reliée une conduite 8 de départ de produit. A la plaque à tubes 3 est boulonné un récipient 9 en forme de dôme, auquel est reliée une conduite d'entrée 10 de corps réagissant. Les tubes 1 sont pourvus, à leur extrémité infé- rieure, de moyens de distribution ou répartition de gaz, tels que signalés ci-avant et plus spécialement décrits ci-après avec référence aux figures 4 à 9. Des chicanes 11 et 12 sont prévues dans l'enveloppe ou chambre 4.
En se référant à la figure 2, l'appareil de réaction comprend une série de tubes parallèles verticaux 21 (trois tubes sont représentés) attachés, au voisinage de leur extrémité supérieure, à une plaque à tubes 22 et se prolongeant d'une courte longueur au dessus de cette plaque à tubes 22; près de leur extrémité inférieure, ces tubes 21 traversent la plaque à tubes 23. L'appareil de réaction comprend également une série de tubes verticaux parallèles 24 (deux tubes sont représentés) attachés au voisinage de leur extrémité supérieure, à ladite plaque à tubes 22 mais se terminant en dessous du niveau des extrémités supérieures des tubes 21, lesdits tubes 24 traversant également la plaque à tubes 23.
Les tubes 21 se prolongent en dessous de la plaque à tubes 23 et sont pourvus, à leur extrémité inférieure, de moyens de répartition ou distribution de gaz, tels que signalés ci-avant. Les tubes 24 se prolongent en dessous de cette plaque à tubes 23 et se terminent à un niveau inférieur aux extrémités inférieures des tubes 21. Les plaques à tubes 22 et 23 con- stituent les sections terminales d'une chambre ou enveloppe délimitée par une paroi extérieure 25 à laquelle sont reliées respectivement des conduites d'entrée et de sortie 26 et 27. A la plaque à tubes est boulon- né un carter en forme de dôme 28 comportant une conduite 29 de sortie de produit. A la plaque à tubes 23, est boulonné un récipient en forme de dôme 30 auquel est reliée une conduite d'entrée 31 de corps réagis- sant.
En se référant à la figure 3, l'appareil de réaction comprend une série de tubes parallèles verticaux 41 (-quatre tubes sont représentés) attachés, au voisinage de leur-extrémité supérieure, à une plaque à tubes 42 et se prolongeant d'une courte longueur au-dessus de la plaque 42; ces tubes, au voisinage de leur extrémité inférieure, traversent la plaque à tubes 43. L'appareil de réaction comprend également une série de tubes verticaux parallèles 44 (deux tubes sont représentés) attachés, au voisi- nage de leur extrémité supérieure, à la plaque à tubes 42 et se terminant en dessous du niveau des extrémités supérieures des tubes 41, lesdits tubes 44 traversant également la plaque 43.
Les tubes 41 se prolongent en dessous de la plaque à tubes 43 et sont pourvus, à leur extrémité in- férieure,de moyens de répartition ou distribution de gaz, tels que dé- crits ci-avant. Les tubes 44 se prolongent en dessous de ladite plaque
<Desc/Clms Page number 5>
à tubes 43 et se terminent à un niveau inférieur à celui des extrémités inférieures des tubes 41. Les plaques à tubes 42 et 43 constituent les sections terminales d'une chambre ou enveloppe délimitée par une paroi extérieure 45 à laquelle sont respectivement reliées des conduites d'entrée et de sortie 46 et 47. A la plaque à tubes 42, est boulonné un carter en forme de dôme 48 comportant une conduite de sortie de produit 49.
A la plaque à tubes 43, est boulonné un récipient en forme de dôme 50 auquel est reliée une conduite d'entrée 51 de corps réagissant. ! la plaque à tubes 43,est attachée une chicane verticale 52 pendant de cette pla- que et se terminant en dessous du niveau des tubes 44; cette plaque di- visé en deux compartiments la chambre du récipient 50. Les figures 4 à
9 illustrent différents moyens de répartition ou distribution des gaz, qui peuvent être utilisés aux extrémités inférieures des tubes 1, 21 et 41 décrits ci-avant.
Aux figures 4 et 5, la répartition est réglée par les dente- lures représentées. La figure 6 illustre un système de lumières d'entrée La figure 7 montre un anneau poreux attaché au bord inférieur de la paroi du tube,le gaz réagissant traversant cet anneau. La figure 8 montre une extrémité de tube conique et dentelée. La figure 9 montre un bouchon conique poreux.
REVENDICATIONS.
1. Un appareil de réaction multitubulaire pour réaliser des réactions entre au moins un corps réagissant, en phase gazeuse, et au moins un corps réagissant, en phase liquide, réactions qui nécessitent pour leur réglage, le transfert de chaleur entre les ccrps réagissants et un milieu d'échange de chaleur, ledit appareil de réaction comprenant une série de tubes de réaction qui, dans la position de traitement de l'appareil de réaction, sont sensiblement verticaux, les extrémités su- périeures de ces tubes traversant une plaque à tubes supérieure et leurs extrémités inférieures traversant et se prolongeant au delà d'une plaque à tubes inférieure, la portion de ces tubes comprise entre les plaques à tubes inférieure et supérieure étant enfermée dans une chambre ou enve- loppe,
grâce à laquelle les surfaces extérieures de ces tubes compris dans cette enveloppe peuvent être mises en contact avec un agent ou milieu d'échange de chaleur circulant dans ladite enveloppe, l'appareil de réaction étant délimité en dessous de la plaque à tubes inférieure et au-dessus de la plaque à tubes supérieure pour former des chambres fermées, lesdites chambres étant respectivement pourvues d'un moyen destiné à l'introduction de corps réagissants et d'un moyen pour l'en- lèvement de produits.