Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.XI.1972 66330 KI. 12g, 1/01 MKP BOlj 1/00 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Zdzislaw Ozimkiewicz, Janusz Strzelecki, Tadeusz Eisler, Zbigniew Leszczynski Wlasciciel patentu: Instytut Chemii Przemyslowej, Warszawa (Polska) Urzadzenie do prowadzenia reakcji, w której biora jednoczesnie udzial reagenty w stanie gazowym, cieklym i stalym i Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do pro¬ wadzenia reakcji, w której biora jednoczesnie udzial reagenty w stanie gazowym, cieklym i sta¬ lym, przy czym stalym reagentem moze byc katali¬ zator. W urzadzeniu mozna równiez prowadzic 5 ekstrakcje rozdrobnionych produktów stalych, plu¬ kanie lub absorpcje gazów.Dotychczas reakcje, w której biora udzial re¬ agenty stale, ciekle i gazowe prowadzi sie naj¬ czesciej w reaktorach o dzialaniu periodycznym. 10 Znane reaktory o dzialaniu ciaglym posiadaja cylindryczna obudowe a reagenty gazowe i ciekle przepuszcza sie wspólpradowo przez umieszczona stacjonarnie faze stala, która najczesciej stanowi warstwa rozdrobnionego katalizatora, badz tez do- 15 zuje sie faze stala w zawiesinie z faza ciekla.Urzadzenia te nie zapewniaja maksymalnego wy¬ korzystania katalizatora, jak równiez uzyskania dobrego przereagowania poszczególnych skladni¬ ków na skutek niezastosowania przeciwpradu. 20 Urzadzeniel wedlug wynalazku ma wewnatrz obudowy cylindrycznej obracajacy sie wydrazony wal posiadajacy otwory dla przeplywu czynnika cieklego i stalego. Wielkosc otworów mozna regu¬ lowac a wydrazenie walu jest przegrodzone 25 przegrodami poprzecznymi. Do walu przymocowa¬ ne sa ruchome kolpaki, obracajace sie wraz z wa¬ lem, których krawedzie sa uksztaltowane w postaci lopatek mieszadla turbinowego. Pomiedzy rucho¬ mymi kolpakami walu przymocowane sa do 30 wnetrza obudowy kolpaki nieruchome. Na wale po¬ nizej kolpaków znajduje sie mieszadlo sluzace do zapobiegania osadzaniu sie fazy stalej na dnie urzadzenia.Na skutek przeplywu czynnika gazowego pod kolpakami tworza sie przegrody gazowe dla prze¬ plywu cieczy spelniajace role pólek w kolumnie rektyfikacyjnej. Ponadto ruchome kolpaki umiesz¬ czone na wale obracajac sie dysperguja gaz odpo¬ wiednio uksztaltowanymi krawedziami i mieszaja go z ciecza. Korzystnie jest jesli do wewnetrznej sciany obudowy reaktora przymocowane sa lo¬ patki, gdyz zmniejszaja one wirowanie cieczy w reaktorze. Równiez jest korzystnie jesli do wa¬ lu przymocowane sa zgarniacze,, gdyz wprowadza¬ ja one do wnetrza walu strumien reagenta ciekle¬ go wraz z reagentem stalym lub stalym kataliza¬ torem.W urzadzeniu wedlug wynalazku wystepuja roz¬ dzielone strefy burzliwego mieszania i uspakaja¬ nia. Przeplyw cieczy i ciala stalego wspólpradowo lub przeciwpradowo do przestrzeni pomiedzy kol¬ pakami odbywa sie prawie wylacznie przez wydrazony wal, gdyz inna droga jest blokowana zgromadzonym w kolpakach reagentem gazowym.Przy jednoczesnym intensywnym mieszaniu daje to mozliwosc rozwiniecia powierzchni zetkniecia wszystkich reagentów, dobre wykorzystanie prze¬ strzeni reakcyjnej i zapewnia dobre przereagowanie wszystkich reagentów. Urzadzenie moze pracowac 663303 pod cisnieniem atmosferycznym, mniejszym od atmosferycznego lub tez zwiekszonym w szerokim zakresie.Na przykladzie procesu uwodorniania reagenta cieklego w obecnosci stalego rozdrobnionego kata¬ lizatora wyjasniono ponizej dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku przedstawione przykladowo na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy calego urzadzenia, fig. 2 przedstawia wy¬ cinek tego przekroju w powiekszeniu wzdluz linii AA' oraz fig. 3 — przekrój poziomy urzadzenia.W obudowie cylindrycznej 1 umieszczony jest wal wydrazony 2 obracajacy sie wraz z umiesz¬ czonymi na nim kolpakami 3, których krawedzie uksztaltowane sa w postaci lopatek mieszadel turbinowych. Pomiedzy ruchomymi kolpakami 3 znajduja sie uszczelnione z obudowa 1 nierucho¬ me kolpaki 4. Wal wydrazony 2 stanowi rure w rurze podzielona zgodnie z rozmieszczeniem kolpaków poziomymi przegrodami 5. Calosc mie¬ szadla jest sciagnieta za pomoca nakretek nagwin¬ towanym z obu konców drazkiem srodkowym 6.Ponadto wal wydrazony posiada nad kazda prze¬ groda 5 nastawne w pionie i poziomie otwory 7, w poblizu których przymocowane sa na rurze zewnetrznej zagarniacze 8.Wal mieszadla na dole umieszczony jest w ogra¬ niczniku 9 zabezpieczonym przed dostawaniem sie katalizatora na powierzchnie trace oslona 10. Su¬ rowiec ciekly oraz wodór wprowadza sie od dolu reaktora przewodami 11 i 12, zas rozdrobniony katalizator zmieszany z surowcem cieklym wpro¬ wadza sie od góry przewodem 13 pod pierwszy kolpak 3. Wodór wypelnia przestrzen pod kolpa¬ kami 3 oraz miedzy kolpakami 3 i 4 stwarzajac zamkniecie gazowe dla przeplywu cieczy i katali¬ zatora. Przeplyw cieklego surowca odbywa sie tylko przez otwory 7 i wydrazenie w wale 2.Wprowadzona do walu. ciecz napotykajac na swej drodze przegrode pozioma 5 wydostaje sie po¬ nownie z walu na skutek sily odsrodkowej do przestrzeni miedzy kolpakami lecz juz na wyzszy kolpak 3.W przeciwpradzie do wprowadzanego cieklego surowca odbywa sie przeplyw katalizatora. Nie¬ siony strumieniem cieczy katalizator przedostaje sie otworami T do wydrazonego walu 2 za pomoca zagarniaczy 8, a nastepnie opuszcza wydrazenie w wale przedostajac sie do przestrzeni reakcyjnej otworem umieszczonym ponizej kolpaka 3. Dalsze przemieszczenie katalizatora ku dolowi urzadzenia nastepuje w identyczny sposób. Regulacje szybkosci przemieszczania sie katalizatora prowadzi sie przez ustalenie wielkosci otworów 7 zmieniajac wza¬ jemne usytuowanie wspólsrodkowych rur walu 2.Kolpaki 3 obracajac sie wraz z walem 2 dys¬ perguja ga2 mieszajac go z ciecza i katalizatorem uksztaltowanymi krawedziami w postaci lopatek mieszadla turbinowego odrzucajac mieszanine reagentów w kierunku pionowych scian urzadze¬ nia. Do wewnetrznych scian obudowy 1 przymoco¬ wane sa lopatki 16, które zmniejszaja wirowanie cieczy w reaktorze i jednoczesnie zapewniaja dokladniejsze wymieszanie reagentów.Konstrukcja umozliwiajaca zastosowanie prze- 4 ciwpradowego podawania katalizatora i surowców pozwala na lepsze wykorzystanie katalizatora, a zatem zmniejszenie jego zuzycia, uzyskanie lepszego stopnia przereagowania, a takze umozli- 5 wia obnizenie cisnienia i temperatury. Reakcja rozpoczyna sie juz na dole reaktora przy stosunko¬ wo najwiekszym stezeniu reagentów, lecz w obec¬ nosci najbardziej zuzytego katalizatora.W górnej czesci urzadzenia czesciowo przereago- 10 wana mieszanina reakcyjna styka sie z najswiez¬ szym katalizatorem dzieki czemu uzyskuje sie wysoki stopien przereagowania. Produkt uwodor¬ niony odprowadzany jest w górnej czesci reaktora przewodem 14, zas zuzyty katalizator odprowadza¬ la ny jest w sposób periodyczny lub ciagly z dolu reaktora przewodem 15 wraz z pewna iloscia su¬ rowca cieklego. Po sedymentacji katalizatora su¬ rowiec jest zawracany ponownie do reakcji.Ponizsze przyklady prowadzenia procesów che- 20 micznych uzasadniaja korzysci wynikajace z zasto¬ sowania urzadzenia wedlug wynalazku w porów¬ naniu z przebiegiem reakcji w reaktorze perio¬ dycznym.Przyklad I. Prowadzono uwodornienie tlenku 25 mezytylu do metyloizobutyloketonu pod cisnieniem 1,02 at i w temperaturze 100°C w obecnosci kata¬ lizatora — Ni Raney'a stosujac stezenie kataliza¬ tora 2%. Proces prowadzono w reaktorze perio¬ dycznym oraz w reaktorze wedlug wynalazku. Do- 3q prowadzono w obu przypadkach do konwersji 99,9%. Dla tej samej zdolnosci przerobowej zuzycie katalizatora wynosilo w reaktorze periodycznym 0,2°/o (0,002 kg/kg produktu), a w reaktorze wedlug wynalazku 0,12% (0,0012 kg/kg produktu). Gazy 35 odlotowe z reaktora periodycznego zawieraly po¬ nad 88% wodoru, a z reaktora wedlug wynalazku tylko 80%.Przyklad II. Prowadzono uwodornienie tlenku mezytylu do metyloizobutylokarbinolu w 40 reaktorach jak w przykladzie I. Pojemnosc obu reaktorów byla identyczna. Stosowano stezenie ka¬ talizatora 2%, temperatura procesu wynosila 150—160°C. Zdolnosc produkcyjna reaktora wedlug wynalazku wynosila w tych warunkach 2 kg pro- 45 duktu na godzine. Dla otrzymania tej samej zdolnosci produkcyjnej z reaktora periodycznego nalezalo podniesc cisnienie do conajmniej 26 at. PLPriority: Published: 30.XI.1972 66330 IC. 12g, 1/01 MKP BOlj 1/00 UKD Inventors of the invention: Zdzislaw Ozimkiewicz, Janusz Strzelecki, Tadeusz Eisler, Zbigniew Leszczynski Patent owner: Institute of Industrial Chemistry, Warsaw (Poland) A device for conducting a reaction in which it also uses gaseous reactants The subject of the invention is an apparatus for carrying out a reaction involving simultaneous participation of gaseous, liquid and solid reactants, the solid reactant being a catalyst. It is also possible to carry out the extraction of comminuted solid products, scrubbing or gas absorption in the apparatus. Until now, reactions involving solid, liquid and gaseous reagents are usually carried out in batch reactors. The known continuous reactors have a cylindrical casing and the gaseous and liquid reactants are passed co-current through a stationary solid phase, which is usually a layer of a particulate catalyst, or a solid phase in suspension with a liquid phase is added. These devices do not provide maximum the use of a catalyst, as well as obtaining good conversion of individual components as a result of not using a counter current. The device according to the invention has a rotating hollow shaft inside a cylindrical housing having openings for the passage of a liquid and a solid medium. The size of the openings is adjustable and the shaft projection is enclosed by 25 transverse partitions. Movable caps are attached to the shaft, rotating with the shaft, the edges of which are shaped like blades of a turbine agitator. Fixed to the inside of the housing are fixed between the movable shaft caps. On the shaft below the caps there is an agitator to prevent sedimentation of the solid phase at the bottom of the device. As a result of the flow of the gas under the caps, gas barriers are created for the flow of liquid to act as shelves in the rectification column. In addition, the movable spigots placed on the shaft rotate dispersing the gas with suitably shaped edges and mix it with the liquid. Preferably, blades are attached to the inner wall of the reactor casing, as they reduce the swirling of the liquid in the reactor. Scrapers are also advantageously attached to the shaft, as they introduce a stream of liquid reactant into the shaft together with a solid reactant or a solid catalyst. In the device according to the invention, there are separate zones of turbulent mixing and soothing. nia. The flow of the liquid and the solid, co-current or countercurrent to the space between the collets, takes place almost exclusively by the expressed shaft, because another path is blocked by the gaseous reagent accumulated in the collars. With simultaneous intensive stirring, it makes it possible to develop the contact surface of all reactants, good use of the flow reaction and ensures that all reagents are well converted. The device can be operated 663303 at atmospheric pressure, sub-atmospheric pressure or a wide range of increased pressure. As an example of a liquid reactant hydrogenation process in the presence of a solid particulate catalyst, the operation of the device according to the invention is explained below, for example in the drawing, in which Fig. 1 shows a vertical section. 2 shows an enlarged section of this section along the line AA 'and Fig. 3 - a horizontal section of the device. In the cylindrical casing 1 there is a hollow shaft 2 rotating together with the caps 3 arranged on it, the edges of which They are shaped like blades of turbine mixers. Between the movable caps 3 there are fixed caps 4 sealed to the casing 1. The hollow shaft 2 is a tube in the pipe divided according to the arrangement of the caps by horizontal partitions 5. The whole of the stirrer is pulled off by means of nuts threaded on both ends with a central bar 6 Moreover, the hollow shaft has above each partition 5 adjustable vertically and horizontally openings 7, near which the scrapers 8 are attached on the outer tube. The agitator shaft at the bottom is placed in the stop 9 preventing the catalyst from getting on the surface of the trace 10. The liquid material and hydrogen are introduced from the bottom of the reactor through lines 11 and 12, and the fragmented catalyst mixed with the liquid raw material is introduced from the top through line 13 under the first collar 3. Hydrogen fills the space under the shells 3 and between the shells 3. and 4 creating a gaseous confinement to the flow of the liquid and the catalyst. The flow of the liquid raw material takes place only through the holes 7 and the recess in the shaft 2.It is inserted into the shaft. the liquid, meeting on its way the horizontal partition 5, escapes from the shaft again due to centrifugal force into the space between the caps, but already onto the upper cap 3. The catalyst flow takes place in countercurrent to the introduced liquid raw material. The catalyst carried by the liquid stream passes through the holes T into the hollow shaft 2 by means of the scrapers 8, and then leaves the cavity in the shaft through the opening located below the cap 3. The further displacement of the catalyst towards the bottom of the device takes place in an identical manner. The regulation of the speed of movement of the catalyst is carried out by setting the size of the holes 7 by changing the mutual position of the concentric tubes of the shaft 2. The colpons 3 rotating with the shaft 2 disperse ga2 mixing it with the liquid and the catalyst with shaped edges in the form of blades of the turbine agitator, rejecting the mixture of reactants towards the vertical walls of the device. Attached to the inner walls of the housing 1 are vanes 16, which reduce the swirling of the liquid in the reactor and at the same time ensure a more thorough mixing of the reactants. The design that allows for the use of anti-current feeding of the catalyst and raw materials allows for better use of the catalyst, thus reducing its consumption, obtaining better degree of conversion, and also allows for a reduction in pressure and temperature. The reaction begins at the bottom of the reactor at the relatively highest concentration of reactants, but in the presence of the most spent catalyst. In the upper part of the apparatus, the partially reacted reaction mixture is brought into contact with the fresh catalyst, thereby achieving a high conversion rate. The hydrogenated product is discharged at the top of the reactor via line 14, while the used catalyst is discharged periodically or continuously from the bottom of the reactor via line 15 along with some liquid raw material. After sedimentation of the catalyst, the raw material is recirculated to the reaction. The following chemical process examples justify the advantages of the inventive apparatus compared to the reaction in a batch reactor. Example 1 Oxide hydrogenation was carried out. mesityl to methyl isobutyl ketone at a pressure of 1.02 atm and a temperature of 100 ° C in the presence of a Raney Ni catalyst using a catalyst concentration of 2%. The process was carried out in a batch reactor and in a reactor according to the invention. Do-3q was carried out in both cases to a conversion of 99.9%. For the same processing capacity, the consumption of the catalyst in the batch reactor was 0.2% (0.002 kg / kg product) and in the reactor according to the invention 0.12% (0.0012 kg / kg product). The exhaust gases from the batch reactor contained more than 88% hydrogen, and from the reactor according to the invention only 80%. Hydrogenation of mesityl oxide to methyl isobutyl carbinol was carried out in 40 reactors as in example 1. The capacity of both reactors was identical. A catalyst concentration of 2% was used, the process temperature was 150-160 ° C. The production capacity of the reactor according to the invention under these conditions was 2 kg of product per hour. To obtain the same production capacity from the batch reactor, the pressure had to be increased to at least 26 atm. PL