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" Procédé pour exécuter des réactions chimiques "
L'objet de la présente invention est un procédé pour exécuter des réactions chimiques (en la phase gazeuse, avec, ou sans catalyseur), au cours desquelles après la séparation du produit principal, les gaz résiduels, fort--ment appauvris en matière de départ, sont introduits dans la circulation pour diluer en partie le mélange de réaction.
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Dans l'industrie chimique les procédés pour exécuter l'cxy- dation des substances organiques au Doyen des réactions de contact jouent un grand rôle.
Les exemples bien connus de tels procédés sont l'oxydation du benzol à l'anhydride maleique et celle de la naphtaline à l'an- hydride phtylique. L'idée da l'invention et le procédé de l'exé- cution suivant l'invention, seront définis au moyen du procédé cité à titre d'exemple de l'oxydation du benzol à l'acide maleiqua sans restreindre ainsi l'application de l'invention décrite à ce type de réaction.
Le procédé mené est une modification de la réaction circu- laire déjà employée dans l'industrie. Les méthodes appliquées par la science technique des procédés chimiques servent des fins dif- férentes.
A l'exception des réactions chimiques vouluas et de l'obten- tion de la meilleure économie des matières, on obtient par telles circulation, des réactions physiques et physico-chimiques.
On applique également de tels procédas pour l'augmentation du rendement pour des raisons économiques. Citons seulement comme applications connues, les procédés de régénération de Solvay: NH3et CO2 dans la circulation, ou les méthodes pour créer les conditions d'équilibre dans la synthèse de l'ammonique, et finalement enco- re les travaux exécutés avec des échangeurs de chaleur.
Il est bien connu que l'on peut brûler le benzol avec l'oxy- gène en anhydride carbonique et eau, et que cette réaction totale se fait en plusieurs étapes. Une de ces réactions graduées a pour résultat la formation d'anhydride maléique. Au cours d'un procédé technique de contact on obtient, au moyen d'une exacte fixation de la température au catalyseur pour un mélange de départ donné da benzol et air, une oxydation gra-uée du benzol très efficace jus- qu'à la formation de l'anhydride maléique, qui est stabilisé ensuite.
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Si, après cela, on mélange du benzol avec de l'air dans un rapport tel que le titra d'oxygène correspond exactement à la par- tie stoichiométriqua nécessaire pour la formation de l'anhydride maléique ou dépasse légèrement celle-ci, on arrive à un mélange explosif. Pour cette raison on travaille ainsi techniquement avec un grand excès d'air, afin d'être toujours hors de la limite d'ex- plosion. L'application de cette méthode fait apparaître les dés- avantages suivants de ce procédé:
1) La combustion plus intense de l'anhydride maléique, qui s'est formé au gaz carbonique et eau avec une détérioration du r3ndement.
2) Une grande dépense d'énergie pour la compression de l'excès d'air.
3) Une mauvaise économie calorique en raison d'une demande supé- rieure de pré-chaouffage et de refroidissement.
4) Accroissement des difficultés de l'évacuation de chaleur et du réglage de la température au contact.
Une moindre capacité admissible de charge au catalyseur.
Suivat.t l'inventicn on arrive à une amélioration considéra- ble du procédé en laissant circuler en partie le gaz résiduel, contenant seulement peu d'oxygène mais beaucoup d'azote enrichi de gaz carbonique, produit après la séparation de l'anhydride maléique, et en introduisant dans le cycle de circulation le mélange de réac- tion, dans lequel l'excès d'air ost corsidérablement diminué.
Pratiquement on peut par exemple arriver à cette fin en ali- mentant d'abord le circuit en benzol et ensuite en augmentant le contenu en oxygène du mélange d'une manière suffisante pour l'exé- cuticn de la réaction, en ajoutant une quantité d'air correspon- dante.
Il devient ainsi possible de mieux stabiliser cinétiquenent et thermiquement la réaction de l'anhydride maléique, tandis que
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pendant ce processus, on arrive, grâce aux quantités de gaz in troduites dans la circulation, à atteindre un,3 dilution du mélange de réaction, telle que la composition se trouve hors de la limita d'explosion. Un calcul des quantités du gaz en circulation et da l'air frais, qui est nécessaire pour la réaction, fait distincte- ment voir, que la demande de capacité da compression est en cas de la conduite en circulation, considérablement moindre en comparai- son des autres procédés avec l'application d'un grand excès d'air.
L'exécution pratique du procédé est par example présentée par le calcul approximatif d'estimation suivant :
Les limitas d'explosion du mélange banzol-air sont compri- ses entre 1,5% en volume, resp. 8% an volume ; c'est-à-dire que la limite inférieure correspond à un rapport de volume d'l partie benzol à 65 parties d'air, ou :
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1..t.) 1 partie benzol + 13 parties d'oxygè# + 52 parties d'azote.
Pour écarter positivement la limite d'explosion il faut augmenter la valeur du raport, et on peut arriver à cette fin par la procédé actuellement en usage de la fabrication de l'anhydride maléique, en employant une quantité allant jusqu'à 50 kg. d'air pour 1 kg. de benzol, ce qui correspond à un rapport da volume de 1à 135,
L'équation stoichiométrique de réaction pour la transfor- matio de banzol en anhrdride maléique est théoriquement:
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¯II.) 1 C6H6 + 4,5 2 = CL}:;'20J + 2 CO;? + 2 H;?O
Pour l'oxydation de l'air ça veut dire l'application d'un mélange comprenant partis de banzol et 22,5 parties d'air; un tel mélange est paturellement explosif.
La combustion complète du banzol en gaz carbonique et eau se fait suivant l'équation suivante:
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III.) 1 C6 H6 + 7 , 02 - 6 CG2 + 3 H 2. correspondant à un rapport benzol / air de 1 à 37,5; la mélange
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est également explosif.
En supposant une transformation de benzol en 80% d'anhydri- de maléique avec 20% de combustion simultanée, il résulte de II et III : II. 0,8 C6H6 + 3,6 C2 = 0,8 C4h203+ 1,6 C02 + 1,6 H2O III. + 0,2 C6H6 + 1,5 O2- 1,2CO2 + 0,6 H2O IV. 1C6H6 + 5,1 O2 = 0,8 C4H2O3 + 2,8 CO2 + 2,2 H2O ou 1 C6H6 + 25,5 air = 0,8 C4H2O3+2,8 CO2 + 2,2 H2O + 20 parties de nitrogène.
La pratique a démontré qu'il y a beaucoup d'arguments pour travailler avec un excès d'oxygène plus haut. Ainsi, on a, par exem- ple, augmenté la partie d'oxygène à 9 parties en volume, en com- paraison de l'équation IV, mais qu'on applique selon l'invention avec 65 parties an volume par une dilution avac gaz inerte, pour âtre en état de faire une comparaison avec la rapport en volume suivant (I) (limite d'explosion inférieure). il en résulte un gaz final d'une tenaur d'oxygène d'à peu près 10%, dont 40 parties an volume sont introduites dans la circulation (le reste est: azote, at gaz carbonique, l'eau élant négligée), tandis qu'en outre 25 autres parties en volume d'air frais sont introduites pour 1 par- tie de benzol.
Par calcul on trouve les conditions suivantes:
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Après la condensation da l'anhydride maléique et de l'eau on obtient un gaz résiduel de la composition suivante: 3,9 parties d'oxygène + 36 parties d'azote + 2,8 parties de gaz carbonique = 42,7 parties en volume avec un contenu de 9,3% d'oxygène.
Environ 40 parties en rentrent dans la circulation, tandis qu'environ 25 parties d'air frais sont ajoutées. A une partie de
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benzol reviennent donc à cause de la réaction environ 9 parties d'oxygène et 56 parties d'un mélange azote - gaz carbonique corras- pondant à un rapport total de 1 :65.
Evidemment on peut toujours régler suivant le besoin l'excès d'oxygène par rapport au volume de l'air frais.
Il est évident que pour un rendement plus élevé en anhydri- de maléique par rapport à la valeur supposée de 80% le rapport de circulation par rapport à l'air frais doit être augmenté et qu'il doit être diminué de façon correspondante pour un rendement plus petit, afin de travailler constamment avec la même charge de con- tact de volume tout en maintenant le rapport benzol-gaz de 1 à 65.
Le résultat du calcul fait voir clairement, que par ce rap- port la réaction s'écarte beaucoup plus loin de la limite d'explo- sion, et que l'on peut économiser corsidérablement la capacité de compression en comparaison de la méthode opérative actuelle.
On peut facilement déduire de la description et de l'exemple de calcul, que la méthode, resp. le procédé suivant l'invanticn offre entre autres les avantages suivants an comparaison des procé- dés usuels et connus:
1) Une meilleure stabilisation de l'anhydride maléique for- mé avec une augmentation de l'exploitation.
2) Un moindre besoin de capacité de compression en consé- quence d'une quantité inférieure passée de gaz.
3) Une économie calorique améliorée.
4) Facilité du passage de chaleur et réglage de la tempéra- ture au contact.
5) Plus grande capacité admissible de charge pour le cata- lyseur.
Evidemment on peut utiliser le procédé suivant cette des- cription non seulement pour des réactions d'oxydation, mais encore pour améliorer toutes les autres réactions chimiques suivant un
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procédé similaire.
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R E V t4 D T C A 2' I C i: S
1.- Procédé pour exécuter des réactions chimiques, caractérisé en ce que le ou les produits de réaction sont écartas de la circulation, et que les quantités résiduelles de matière contenant seulement peu de nattera de départ sont toutes ou en partie conduites dans la circulation pour y diluer les Nouvelles ratières de départ y introduites.