BE644494A

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Publication number: BE644494A
Application number: BE644494A
Authority: BE
Priority date: 1963-03-01
Filing date: 1964-02-28
Publication date: 1964-08-28
Also published as: FR1383578A; NL6402010A

Description

Paient l'objet d'un première demande de brevet déposée
La présente invention a pour objet un dispositif de mine en oeuvre en continu de réactions chimique compor- tant au moins une phase liquide, dispositif constitué par au moins un tube réactionnel incliné par rapport à lfhori- zontale, qui ont subdivisé en des chambres de réaction

séparées par des déversoirs, ainsi que par des dispositifs d'agitation servant à mélanger les ingrédients de la réaction dans les diverses chambrent
De tels dispositifs ou appareils, qu'on appelle des réacteurs chimiques et qui reposent sur le principe des cascades, sont connus.

Pour assurer le mélange complet dans les creux constitues par les diverses cham- bres, ces réacteurs comportent en général des mécanismes d'agitation montés à l'intérieur. Le montage de tels agita- teurs exige cependant des moyens constructifs qui influen- oent d'une manière défavorable la construction des appa- reils. Surtout pour des réacteurs constituée par des matériaux résistant a la corrosin, qui sont généralement difficiles à travailler, il est donc souhaitable, sinon indispensable, de trouver un mode de construction simple et approprié.

Le dispositif conforme à l'invention est carac- térisé par le fait que le tube réactionnel ont logé de manière à pouvoir tourner et que les dispositifs d'agita- tion servant au mélange des ingrédients sont reliée de manière fixe au tube réactionnel dans les divers comparti- ments ou chambres*
De cette façon, on évite conformément à l'inven- tion un mécanisme d'agitation monté dans le réacteur, de façon à tourner sur lui-même. Les paliers et les passages d'un arbre tournant à l'intérieur du réacteur sont ainsi rendus superflus. Le réacteur peut lui-môme constituer un ensemble rigide, ce qui permet des modes de construc- tion particulièrement simplifiés.

A part des avantagea constructifs, le dispositif

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conforme à l'invention comporte également des perfection-
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nemente concernant le précède z mettre en oeuvre. En effet, le mouvement rotatif du tube rationnel ftme sur
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la paroi intérieure de celui-ci une pellicule de liquide
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qui se renouvelle oonatamraent, Dans des réactions qui
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sont accompagnée* d'une ébullition vigoureuse ou d'un dégagement de gaz, la vaporisation ou le dégagement de
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gaz c'effectuent principalement à partir de la pellicule de liquide, ce qui permet de mieux oontrelet' de tft&Mi réactions, Sn outre, la surface ttlatlve8eftt t tmte obtenue est favorable à l'échange de cabal..... 0 m au si constate que pendant la réaction dois Mt!.......U,' I précipitées d'.ll..-mtm..

ou 1ntrodu1 peuvent pawaer sans difficulté à l'état de auspmalm k trav r le tube réactionnels Ce fait provient prlncipal.-t du *'1.,. quasi-idéal ayant lieu dans les cavît4o 4.. #agMKrtimen-bs, La Mise en oeuvre de l1 invention nn th1*u3c comprît* à l'aide du destin annexe, tur I lu"4 - la fige 1 représente un premter =40 ** rh- litatlon de l'appareil oonftr à 1.1....t1 - la t1S. 2 un deuxième dt dt 14*Uautlm -Ou réacteur conforme à 1 invention, eai m 1*4*1 - les tîgt 3 à 5 indiquant ....

ï> rtï<3WiHwrlté pour la oonatrusticn de,* déversoirs et tes itw&eta D*Cîî
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en perspective
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Selon les t11- 1 et tg 1 mttmxtwm le tube réactionnel cohorte une partie OYIUWWÏqU'4,2 ainsi que deux fonde 4 et 6 fixés etr hl aUmm 4te cotez partie cylindrique, Le tube rêut1.1 'Mt IQ4 1tane <tetoc coussinets 8 et 10 de t&901\ a pouvoir tMttïW 't" 4fnt!'a1rPtw
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ment se fait au moyen d'un moteur 12, par exemple par
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l'effet 4e deux pignons 14 et 16. L'espace intérieur du tube est subdivisé en plusieurs chambres de réaction 20 au moyen de déversoirs 180 Selon le dessin, ces dévier- noire sont constituée par des plaques annulaires sondées dans le tube.

Dans les diverses chambres ou compartiments sont placés des organes d'agitation qui sont reliée selon
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l'invention de façon rigide au tube r4.ot1o.1. Selon le dessin, *on organes d'agitation sont constituée dans les diverses chambres ou compartiment.

par plusieurs tôles 22 portant des trouât ces tôles étant de préférence répar- liée uniformisent et placées approximativement dans le sens radial, cet tôles étant fixées solidairement sur un
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anneau inséré %*un pression dans le tube réaotionn14 De préférence, deux de ces tôles sont placées face à tac*# a'est-à-dire approximativement dans le même plan radial.

L'introduction des composante de la réaction
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ae fait par exemple par trois conduites 240 26 et 286 Tandis que les conduites 24 et 26 aboutissent dans le premier compartiment, la conduite 28 traverse axialement tout).

'appareil et comporte dans chaque compartiment une
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ouverture 30* Les conduites 24 et 26 permettent d#etteo- tuer des réactions en un courant unidirectionnel ou con- jointement avec la conduite 28 un fonctionnement du réac-
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teur selon le principe de,$ courante croisés si le compo- sant à introduire à titre de courant croisé est un gaz ou un mélange gazeux, il suffit généralement de l'injecter simplement dans l'espace réservé au gaz du premier oompartiment, car il se répartit ensuite dans les autre..

Bien entendu, on peut aussi disposer Plusieurs Conduit$$

supplémentaires qui aboutissent au besoin dans le même compartiment ou dans plusieurs compartiments différents, .Le nombre et la forme des conduites sont déterminés par les réactions à effectuer. A l'extrémité inférieure du réacteur, se trouve une conduite de sortie 32 qui est fixée sur le tube tournant du réaoteur au moyen d'un joint étanche 34, Un siphon 36 fixé dans la conduite de sortie 32 peut servir au @esoin à empêcher la sortie des gaz ou vapeurs contenus dans le réacteur à travers la conduite 32, ces gaz circulant à contre-courant par rapport au liquide.

La phase gazeuse peut alors se dégager du réacteur à travers une conduite spéciale 38, qui aboutit par exemple dans une colonne de fractionnement non représentée..La conduite 38 est également raccordée de façon étanohe par un joint 40 au tube tournant du réacteur.

On assure le maintien d'une température déter- minée dans un tel réacteur, avantageusement par ruissel- lement d'un agent de transfert de chaleur, par exemple d'huile chauffée à une température déterminée.

Selon la fig. 1, l'agent de transfert de chaleur' est maintenu à la température désirée dans un échangeur 42, puis pompé à l'aide d'une pompe 44 à travers un conduit 46 dans le tube de ruissellement 48 qui est placé au- dessus du tube-réacteur, .cet agent tombant alors sur ce dernier. L'agent de transfert de chaleur, qui s'égoutte dans le bas du réacteur, est capté dans une cuvette 50 et retourne à travers une conduite 52 dans l'échangeur de chaleur.

Eventuellement, le tube de ruissellement peut être subdivisé en plusieurs zones, qui sont alimentées

par un agent de transfert de chaleur se trouvant à des températures différentes. Cela est surtout avantageux si l'on veut maintenir tout au long du réacteur un profil particulier des températuresA cet effet, le réacteur représenté à titre d'exemple sur la fige 2 comporte trois systèmes de ruissellement. Chacun de ces systèmes ne couvre qu'une partie du tube-réacteur et comporte essen- tiellement chaque fois un éohangeur de chaleur 42a, 42b,
42c et une pompe 44a, 44b, 44o. qui sont raccordes par des conduites 46a, 46b, 46c à des distributeurs 54, 56,

58 en forme de déversoirs. De préférence (voir fige 1), les diverses zones de chauffage sont séparées sur la surface du tube-réacteur 2 par des parois de séparation 60 annu- laires.

Le dispositif de refroidissement peut aussi être organisé de façon a comporter plusieurs systèmes de tubes de ruissellement 54, 56, 58, dont chacun correspond à un profil de chauffage différent au long du tube-réacteur, tout en permettant de passer à volonté de l'un des systèmes à un autre.

En outre, il est possible d'utiliser pour l'en- semble du dispositif de ruissellement 54, 56, 58 un échan- geur de chaleur commun, qui porte l'agent de transfert de chaleur à la température la plus basse qui est prévue pour les diverses zones et de produire les températures des autres zones plus chaudes,par le fait qu'on réchauffe de manière différente les parties de l'agent de transfert destinées à ces zones après son passage dans l'échangeur de chaleur commun.

Bien entendu, le chauffage ou, respectivement, le refroidissement du tube-réacteur peut également se

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faire d'une Manière différente. On peut, par -t8Plet entourer le tube-réacteur d'une enveloppe otMMffentw ou d'un* enveloppe de retro1d1a...ent.

Selon un autre ode de toiew m de 1-"'" vention, les organes d'agitation weot ttaf. 80114811t tout au moins 1 l'un des déversoir , lA fig, 3 tintais un tel mode de construotton, le tube 1'6MtC'8'., adt. z dans oe cas en verre, étant ddui&nd pir ,4. t8 11 soirs 104 sont fixés dans le tiobe 1024 de pt4ltr i'1IZ' fusion et IOudlg1J,et pr4tmt t .1.. tmwm çft ttt4m annulaires Come <MfMt!e< 4 "qI.""-- - \11Itt plaques bzz$, qui sont dttp 4 1t1I:rtmtt * na wae ton* radiale par rtpport eu a a çt4ea*a 4>K4m z%n4tift angle autour du plan radial, t'Rit à 4toft Ilmb bzz daireiient a\lt4"r.ctN M4, Selon WNt a.t' 't.I"U t.''ltil., les divers 'd'q.1Ns et a1Ml à''$tt%%&0n 1;1a d'un 41***nt rd. '1M'è1''t1.- 1'4i'a .t tMMtîtM ;3 414 nte imt ipwtMt ?1' 4t! g'. 24 * !!).. 1IMI t"76ux md4fi de OlCMtNOtt- '!'% twmnrjeg .'txh bzz 1. 'tU1," \M\lqt P" :

La ÎUW mutuqmubm <?? qrdgalim 4'ql.t.\;t-.. La fï, z 'tli'8 lm te 'Ntwttt (Ë%Ulwrztem i&!pM"% 4 1 à 1t1J.<t1J1 ayfe t 33 . :3.5 un .1.t 1M' iec=. 'rt '<fMa ''Wismn -ÏOé ¯fin\; H fais JNI.'U:. 114&r1t "ctmtk z wU1m tiN' ctt. |3faï t.WJ1tP 'vlilMWq&, M oj b t\\1 .L'7 '3iGVÎlf7i.l..'10 P1't ic'Y'G'a ilV't4D 'P "C?"' ' t1Mt un 11'b f>'11ft.. 'I,1'élit i\fl'11m-., 1ns'rtt J111 htm refttmilt d''&im'a<6 Utfe 1Q)Ue faut ct1'41h fttw u, "ut ttt-6 t1ftlt 'IL \'I-1;-I1\lWtt qs.u }\, 1D.

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friction produisant en même temps une liaison suffi samment rigide entre l'élément d'insertion et le tube.

Si née&- saire, on peut bien entendu utiliser des moyens de fixa. tion supplémentaires* Ortee k un simple échange d'61â mente du genre précité, on peut effectuer avec l'appareil des essais en utilisant des organes d'agitation d'une for-
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me variable, ou modifier l'eûartement entre les déversoirs Bien entendu, la présente invention n'est auou-
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nement limitée aux exemples décrits ci-deeeus.

On peut en effet imaginer de nombreuses autres formes pour les organes d'agitation en les remplaçant par exempte, par
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des 'l'menti individuel. en forme de pelle, qui sont ré* partis de préférence régulièrement sur les parois inté- rieur** des compartiments. Selon les propriétés des
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composant* et* du produit rlat10nn.l, l'une ou l'autre forme sera plue avantageuse pour obtenir un bon mélange des
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produits traités.

a' n, l'invention les organes d'agitation sont *6p dant toujours fixés solidairement au tUM-J'''a4tWJf, de façon à participer au mouvement tour- nant de lui-ci. Une telle liais= rigide n'exolut cependant pas 1 Utilisation d'une fixation amovible, par exemple au moyen de vis.
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On mode de oonttruot1on rira avantageux du rigo- teur conforme à l'invention aomsiste à former 4haque COMA partiment au moyen d'un tronçon tubulaire de longueur appro-
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priée portant aux extrémités des ao11êtl, oes tronçons étant assemblé$ :atr vlogage avee insertion de déversoirs en forme de disques annulaires, On peut utiliser dans ce cas des tube. portant des nervures dirigées vers l'inté-
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rieur, nervures qui Oon4tiu nt alors les Organes d'agi*

tation. On peut cependant aussi assembler des tronçons tubulaires à colleta qui ont une paroi lisse à l'inté- rieur,avec insertion de disques annulaires munis d'organes d'agitation, comme ils sont représentés, par exemple, sur la fig. 3.

En outre, on peut aussi se servir d'un élé- ment d'insertion du type indiqué sur les fig. 4 et 5, lee disque@ annulaires 104 devant alors pouvoir coulisser sur des barres passantes 106, car autrement l'assemblage des divers tronçons tubulaires aveo insertion des disques 104 ne serait pas possible.

Pour les éléments d'insertion à monter dans un tube.'réacteur en une seule pièce, tels que représentes sur les fig, 4 et 5, les barres 106 et les disques annu- laires 104 sont naturellement non ooulissables, c'st-à- dire que toutes les pièces sont assemblées rigidement, en particulier par soudage ou vissage. Dans ce cas 'sale- ment, les barres 106 sont de préférence non interrompues, c'est-à-dire qu'elles passent à travers les disques annulaires 104, ces derniers devant être bien entendu @ munis a cet effet de fentes appropriées.

La Mise en oeuvre de l'invention et ses résul- tata avantageux seront mieux compris à l'aide des deux exemples décrits ci-après à titre non limitatif, toutes les quantités indiquées en % étant des quantités en poids,

EXEMPLE Procédé d'oxydation en continu:

Dans un réacteur en verre conforme à l'inven- tien, diamètre 10 cm, longueur 165 om, capacité utile 3,8 litres (mesure dynamique) contenant 11 compartiments et 3 chicanes d'agitation par compartiment, on oxyde de la 6-hydroxy-4,7-phénanthroline de qualité technique, dissoute dans de l'acide sulfurique oonoentré, soue forme d'une solution à 16,2% (I) en présence d'acide nitrique fumant à 98% (II) pour obtenir de la 4,7-phénanthroline- 5,6-quinone. La température de 1'huile servant à chauffer le réacteur est de 120 C et le nombre de tours du réac leur de 100.min-1. On pompe les deux courants d'alimenta- tion 1 et II à un débit en poids de 40 kg.h-1 (I) ou, respectivement* de 6,2 kg.h-1 (II) dans l'appareil. Le temps de séjour moyen de la substance est de 8 minutes.

On traite le mélange réactionnel (1 partie) résultant qui s'écoule à chaud,en le diluant aveo refroidissement en dessous de 38 C avec 1,6 partie d'eau, puis avec environ 1,5 partie de solution d'hydroxyde de sodium à 30% pour un pH = 2 et finalement avec environ 0,7 partie d'une solution d'acétate de sodium à 30% pour porter le pH à 4,5. On obtient dans ce cas la quinone brute, en général avec un rendement de 96% et avec une pureté de 99%.

EXEMPLE 2 Procédé de réduction en continu
On effectue dans un modèle de laboratoire d'un réacteur en verre à 10 compartimenter d'une capacité utile d'environ 500 cm3,dont les compartiments ont un diamètre de 9 cm et une longueur de 4 cm et contenant dans chaque compartiment 3 chicanes d'agitation, une réduction selon Béohamp avec un nombre de tours de 200.min-1.

On pompe une solution aqueuse à 19,6% d'acide m-nitro- benzènesulfonique (I) à un débit de 300 cm3.h-1 dans le troisième compartiment. Dans le premier compartiment, on introduit 160 om.h"1 d'acide chlorhydrique à 2% (II) et 70 g.h-1 de fer en poudre (III). Les deux premiers oompar- timents sont chauffés avec de l'huile h 100% C et à partir du cinquième compartiment la température de l'huile est également de 100 C. On dirige le produit sortant du réac- teur dans une marmite à agitateur d'un contenu de 1 litre, où on règle le pH à 9 avec une solution de carbonate de sodium. Le temps de séjour moyen de la suspension dans le tube à cascade est de 40 minutes.

Les échantillons pré- levés indiquent une réduction de 100%. Le rendement en. aminé titrable se monte en moyenne h 99% de la théorie.

Après traitement de la solution réactionnelles on obtient en moyenne 82% de la théorie en acide métanilique d'un titre de 100%.

Claims

Revendications L& préserve invention a pour objet le produit industriel nouveau que constitue un dispositif pour la . ' mise en oeuvre en continu de réactions chimiques compor- tant au moins une phase liquide, dispositif constitue par au moins un tube réactions 1 incline par rapport à l'hori- zontale, qui est subdivisé en des chambres ou comparti- ments de réaction séparés par des déversoirs, ainsi que par des dispositifs d'agitation servant à mélanger les ingré- dients de la réaction dans les divers compartiments,

ce dispositif étant essentiellement caractérisé par le fait que le tube réactionnel est logé de manière à pouvoir tourner et que les dispositifsd'agitation sont reliés de manière fixe au tube réactionnel; ce dispositif peut en outre présenter les caractéristiques suivantes! 1 - les déversoirs sont fixés rigidement sur le tube réactionnel et les organes d'agitation sont fixés rigidement aux déversoirs) 2 - la fixation rigide des organes d'agitation est amovible.

3 - la fixation rigide entre les déversoirs et les organes d'agitation est amovible! 4 - les déversoirs et les organes d'agitation constituent un élément d'insertion rigide, qui est fixé de façon amovible au tube réactionnel; 5 - les déversoirs ont la forme de disques annulaires; 6 - les organes d'agitation sont constitués par des tôles portant des trouai 7 -. les organes d'agitation sont constitués par <Desc/Clms Page number 13> des, barres m'étendant en direction axiale; 8'- le. barres servant à l'agitation ont une section courbe; les organes d'agitation sont constitués par des éléments en forme de pelle; 10 - à l'extérieur' du tube-réacteur, sont disposée des moyens permettant de maintenir à l'intérieur de ce tube une température déterminée;

11 - les moyens servant à maintenir une temp/''' rature déterminée dans le tube emportent un dipositif de ruissellement sur oe tube, utilisant un agent de transfert de chaleur liquide 12 - le dispositif comporte au moins deux moyens pour opérer le ruissellement, alimentés par un agent de transfert de chaleur se trouvant a des températures différentes, ces dispositifs sétandant sur des zones axiales différentes situées au-dessus du tube-réacteur;

13 - le dispositif comporte des moyens aupplé- mentaires pour amener un ou plusieurs composante de la réaction dans un ou plusieurs compartimenta! 14 - les dispositifs d'amenée des réactifs sont constitués par un ou plusieurs tubes traversant axialement les ouvertures des compartimente.