DE1058511B - Vorrichtung zur Durchfuehrung von Oxydationen in fluessigem Zustand mit sauerstoffhaltigen Gasen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die meisten Oxydationen in flüssigem Zustand mit sauerstoffhaltigen Gasen, meistens also mit Luft, werden bei erhöhter Temperatur meist unter Anwendung eines geringen Überdruckes in einer geschlossenen Vorrichtung durchgeführt. Zur möglichst vollständigen Ausnutzung des zugeführten Sauerstoffes — die insbesondere deshalb erwünscht ist, um die Abgasmenge nicht zu groß werden zu lassen ■— ist es notwendig, das zugeführte Gas möglichst fein in der Reaktionsmischung zu verteilen. Falls bei der Oxydation keine festen kristallisierten Verbindungen entstehen, ist dies verhältnismäßig einfach, da man in diesem Falle das Gas genügend fein bereits mit Hilfe von Lochdüsen verteilen kann. Anders liegt jedoch der Fall, wenn die Oxydation zu festen kristallinen Körpern führt, denn die notwendigerweise sehr fein gehaltenen Austrittsöffmungen der Zuleitungsdüsen verstopfen sich dann nach kurzer Zeit durch die ausgeschiedenen Kristalle.

Wendet man an Stelle der Lochdüsen Netze oder Glaswollgewebe an, so verstopfen sich auch diese.

Diese Verstopfungen bzw. Krustenbildungen sind vermutlich darauf zurückzuführen, daß an der Eintrittsstelle des Gases das Lösungsmittel für das zu oxydierende Produkt verdampft wird, so daß die vorher in Lösung befindlichen festen Anteile hier auskristallisieren, wodurch sich, insbesondere bei kurzen Unterbrechungen der Gaszufuhr, größere Ablagerungen bilden. Man kann diese Verstopfungen dadurch vermeiden, daß man mit einer verhältnismäßig sehr großen Austrittsdüse für das Gas arbeitet und dieses dann mit Hilfe eines darüber befindlichen Rührers in der Flüssigkeit verteilt. Dies hat aber den Nachteil, daß man mit einem bewegten Teil arbeiten muß und daß die Stopfbüchsen für den Rührer leicht undicht werden.

Bei den bekannten Vorrichtungen wird die Aufgabe, das Oxydationsgas mit möglichst großer Oberfläche, d. h. in sehr feiner Verteilung zuzuführen und mit der Flüssigkeit innig zu vermischen, meist mit Hilfe von Umlaufeinrichtungen gelöst, die an sich schon umständlich sind, da sie eine mechanische Antriebseinrichtung verlangen und komplizierte Dichtungsprobleme auftreten. Falls die feine Verteilung des Gases unter Verwendung einer einzigen Düse erreicht werden soll, muß diese von sehr kleinem Durchmesser sein und verstopft sich daher leicht.

Eine andere bekannte Vorrichtung, deren Anwendung voraussetzt, daß das eintretende Gas unter beträchtlichem Druck steht, besteht aus einer größeren Platte, die in einem ringförmigen Körper senkrecht beweglich ist und durch ihr eigenes Gewicht auf dem Ring aufsitzt. Man läßt das Gas am Rande der Platte in die Flüssigkeit austreten. Treten in diesem Falle Vorrichtung zur Durchführung

von Oxydationen in flüssigem Zustand

mit sauerstoffhaltigen Gasen

Anmelder:

Snia Viscosa Societä Nazionale Industria

Applicazioni Viscosa S. p. A.,

Mailand (Italien)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Italien vom 19. Oktober 1954

Werner Muench, Casano Maderno

und Giuseppe Messina, Limbiate (Italien),

sind als Erfinder genannt worden

Verstopfungen auf, so kann die sich allmählich vergrößernde Druckdifferenz zwischen eintretendem Gas und Autoklavendruck die Platte bewegen, wodurch die Kristallkrusten zerbrochen werden. Es ist aber in diesem Falle sehr schwierig, das eintretende Gas genügend fein zu verteilen.

Demgegenüber ist erfindungsgemäß eine Mischkammer vorgesehen, worin die Flüssigkeit ungehindert aus dem Reaktionsgefäß eintreten und woraus sie wiederum in dieses austreten kann. Auf diese Weise wird, wie gefunden wurde, ein sehr inniges Vermischen von Gasen und Flüssigkeiten erreicht, obwohl die Düse von verhältnismäßig großem Durchmesser ist und daher nicht verstopft wird.

Die unten näher beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet so, daß die Luft bzw. das sauerstoffhaltige Gas, aus einem relativ großen Düsenloch unzerteilt mit hoher Geschwindigkeit in eine Mischkammer austritt, die mit der umgebenden Flüssigkeit in Berührung steht. Die Mischung mit der zu oxydierenden Flüssigkeit bzw. die Feinverteilung "des Gases in der Flüssigkeit erfolgt erst in einem oder

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mehreren über dem Düsenloch angebrachten, zweckmäßig zylindrisch geformten Rohren, die als Misdhkammern dienen.

Die ganze Vorrichtung ist unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Oxydationsgefäß angeordnet. Die Mischkammern sollen so gebaut sein, daß einerseits die umgebende Flüssigkeit möglichst ungehindert in diese Kammern ein- bzw. aus ihnen austreten kann, andererseits aber die Richtung des Gasstromes weitgehend festgelegt ist, so daß man durch Umlenkungen, eingebaute Siebe oder Prallbleche und andere Vorrichtungen den Gasstrom stets erneut zerteilen und zur Mischung mit der Flüssigkeit bringen und seinen Weg durch die Flüssigkeit verlängern kann.

Durch die Bauart der Vorrichtung wird erreicht, daß der Hauptanteil des Gases die Mischkammern erst verläßt, wenn eine innige Mischung mit der Flüssigkeit stattgefunden hat und das Gas genügend fein verteilt ist.

Um den Weg des Gases in der Flüssigkeit mögliehst zu verlängern, kann man auch mehrere Mischkammern übereinander anordnen, in denen immer wieder Siebe, Umlenkbleche oder auch andere Vorrichtungen vorgesehen sind, die den Gasstrom umlenken und zu einer besseren Durchmischung der Flüssigkeit und einer feineren Verteilung des Gases darin führen. Dabei ist stets darauf zu achten, daß die innerhalb der Mischkammern befindliche Flüssigkeit in stetem Austausch mit der umgebenden Flüssigkeit bleibt.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist in der anliegenden Zeichnung dargestellt, wobei Fig. 1 die gesamte Vorrichtung zeigt. Diese besteht aus der im Boden des Reaktionsgefäßes angebrachten Düse, die zur Zuführung der Luft dient und den darüber angebrachten Mischkammern, von denen in Fig. 1 die erste und die zweite dargestellt sind.

Die Düse selbst besteht aus einem starkwandigen, im Endteil konisch zulaufenden Metallrohr, von dem in Fig. 3 nochmals ein Abschnitt dargestellt ist. Die Ringwulst 7 dient dazu, die Düse über die Muffe 11 am Boden 13 des Oxydationsgefäßes festzuhalten (s. Fig. 1). Der Teil unterhalb des Ringes befindet sich also außerhalb des Oxydationsgefäßes. Hier ist seitlich eine Öffnung 9 angebracht, in die das Gaszuführungsrohr eingeschraubt wird. 8 stellt einen Verschluß dar, der mit Hilfe einer Stopfbüchse 10 im Düsenrohr befestigt wird. Die Wirkung dieses Verschlusses ist eine zweifache. Es wird dadurch einmal vermieden, daß, solange kein Gas eintritt, Flüssigkeit aus der ■e Düsenöffnung in die- Gaszuführung zurücktreten kann. Gegebenenfalls kann man aber auch durch Bewegen des Verschlusses eventuelle Vertrustungen des Düsenloches beseitigen. Während, des Betriebs wird die Nadel, die in der Zeichnung die Düsenöffnung verschließt, in das Rohr zurückgezogen, so daß das Gas ungehindert ausströmen kann. Der Düsenkopf 6 ist in Fig. 2 gesondert dargestellt. Dieser Teil wird auswechselbar angeordnet, was den Vorteil hat, daß man gegebenenfalls die Düsenöffnung durch Auswechseln dieses Kopfes verändern kann. Auf diese Weise läßt sich bei gleichbleibendem Druck der Gasdurchsatz ändern.

Über der Düse sind die Mischkammern angeordnet. In Fig. 1 stellt 5 einen im unteren und oberen Teil durchlöcherten, im mittleren Teil nicht durchlöcherten Metallzylinder dar. Dieser ist nach oben durch eine Platte 4 so abgedeckt, daß das Gas seitlich durch den Spalt 3 austreten kann. Die Anordnung der Vorrichtung führt dazu, daß das aus der Düse ausströmende Gas die Flüssigkeit, die durch die durchlöcherten Stellen des Zylinders eintritt, nach oben reißt. An der Stelle, an der das Gas, das sich nach Verlassen der Düse etwa kegelförmig ausbreitet, die größte Ausdehnung hat, weist der Zylindermantel gegebenenfalls eine größere, nicht durchlöcherte Zone 5a auf, an welcher keine Luftblasen austreten können. So erfolgt schon an dieser Stelle durch Prellwirkung eine gute Mischung zwischen Gas und Flüssigkeit. Oberhalb des nicht durchlöcherten Teils tritt erfahrungsgemäß nur noch so wenig Gas aus dem Zylinder aus, daß hier wiederum Löcher zum Flüssigkeitsaustausch angebracht werden können. Ist die Zylinderwand zwecks stärkerer Flüssigkeitszirkulation auf die gesamte Länge mit Löchern versehen, so wird die Wirkung der Vorrichtung zwar etwas herabgesetzt, da in der Mittelzone etwas Luft entweicht, jedoch erfüllt sie auch in dieser Gestalt ihren Zweck.

Die Länge des Zylinders, sein Durchmesser und die Lage der Löcher hängen zwar von dem Durchmesser der Düsenöffnung und von der Druckdifferenz zwischen eintretendem Gas und Druck im Oxydationsgefäß ab, jedoch kann man die Gasmenge und den Druck in erheblichem Umfang abändern, ohne die Abmessungen des darüber befindlichen Zylinders ändern zu müssen und ohne die Wirksamkeit der Vorrichtung zu vermindern. Im nachfolgenden werden zur Erläuterung der Größenverhältnisse des Mischzylinders einige Zahlenangaben gemacht, die jedooh in sehr weiten Grenzen schwanken können.

Durchmesser der Düsen öffnung mm	Druck vor der Düse Atm.	Gasmenge Liter je Stunde	Durchmesser des Misch zylinders mm	Länge des Mischzylinders mm	Länge des unteren durch löcherten Teils mm	Länge des nicht durch löcherten Teils mm	Länge des oberen durch löcherten Teils mm
1 1,5 2	0,2 0,2 0,2	500 bis 750 750 bis 1000 1900 bis 2000	21 21 35	260 260 275	70 70 XT- 95 6Y	70 ^X 70 . A 65	120 120 115

Die beschriebene Vorrichtung erfüllt bereits auch ohne zusätzliche Einrichtungen weitgehend ihren Zweck, Gas und Flüssigkeit gut miteinander zu vermischen oder gegebenenfalls auch zu emulgieren. Man kann jedoch oberhalb der ersten Mischkammer noch eine zweite Mischkammer anbringen und dadurch die Ausnutzung des Sauerstoffes noch intensiver gestalten. Die Mischkammer ist ebenfalls ein Zylinder 2, der entweder aus durchlöchertem Blech oder aus einem,-70 etwa 10 Maschenjcm²^bei3teht. Innerhalb dieses Zylinders sind waagerecht oder in einem kleinen Winkel angeordnete Platten oder Siebe 1 vorgesehen. Am besten hat es sich bewährt, diese Siebe waagerecht oder mit einem kleinen Winkel nach oben anzuordnen. Das aus dem Spalt 3 austretende Gas gelangt zu den Sieben, dringt zu einem geringen Teil durch die Maschen, wobei es fein verteilt wird, und strömt zum größeren Teil in feinverteilter Form jeweils am Ende

des Siebes nach oben. Auf diese Weise werden Flüssigkeit und Gas erneut gemischt. Auch dieser Mischaufsatz soll einen möglichst ungehinderten Austausch der Flüssigkeit mit außerhalb befindlicher Flüssigkeit gestatten.

Gegebenenfalls können oberhalb des in der Zeichnung wiedergegebenen Siebzylinders noch ein oder mehrere weitere Zylinder gleicher oder ähnlicher Bauart angeordnet werden, die zweckmäßigerweise einen größeren Durchmesser aufweisen. ίο

Die Ausnutzung des Oxydationsgases ist jedoch bereits in der beschriebenen Vorrichtung so gut, daß sich meist die Anbringung noch weiterer Mischzylinder erübrigt.

Man kann ki einem Oxydationsbehälter, je nach dessen Größe, auch mehrere Vorrichtungen nach der Erfindung anordnen und so die Wirksamkeit erhöhen.

Die Vorrichtung bewährt sich beispielsweise bei der Oxydation von Xylol in flüssigem Zustand mit Luft, wobei der Sauerstoff der Luft zu 90% und darüber ausgenutzt wird. Verstopfungen der Düsenöffnung durch Toluylsäurekristalle wurden auch bei mehrwöchentlichem kontinuierlichem Arbeiten nie beobachtet.

Auch bei der Oxydation von Cyclohexylbenzol zu Cyclohexylbenzolhydroperoxyd in wäßriger Emulsion-, wobei der eintretende Luftstrom neben der Oxydation bewirkt, daß die Emulsion voll aufrechterhalten bleibt, leistet die Vorrichtung wie bei jeder ähnlichen Reaktion gute Dienste.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   stoffhaltigen Gasen, gekennzeichnet durch eine am Boden des die zu oxydierende Flüssigkeit enthaltenen Oxydationsgefäßes angeordnete Mischkammer, die in ihren Wänden Öffnungen für das freie Ein- und Ausströmen der zu oxydierenden Flüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß, und ferner eine Öffnung in ihrem obersten Teil aufweist, und in deren Boden sich eine Düse (6) mit einem \^rerhältnismäßig großen Ausstoßdurchmesser zur Einleitung des oxydierenden Gases befindet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer aus einem Metallhohlzylinder (5) mit durchlöchertem Mantel besteht, dessen oberes Ende durch eine Metallplatte (4) überdeckt ist, derart, daß zwischen der Platte und dem Zylindermantel eine Lücke zum Austritt der Flüssigkeit nach oben freigelassen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände der Mischkammer nur in ihrem unteren und oberen Teil durchlöchert sind, in ihrem mittleren Teil jedoch keine Durchlöcherung aufweisen.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oberhalb der Mischkammer angeordnete zusätzliche Mischkammer (2), die aus einem Hohlzylinder (2) aus Lochblech oder Drahtgeflecht besteht und mit mehreren in einem Winkel von etwa 90° zu der Richtung des Gasstromes angeordneten durchlöcherten Prallblechen oder Drahtsieben (1) versehen ist.

   1. A'Orri'chtung zur Durchführung von Oxydationen in flüssigem Zustand mit Sauerstoff oder sauer-In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 682 136, 675 181,
   215, 596 455;

   französische Patentschrift Nr. 576 092.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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