DE1008290B

DE1008290B - Vorrichtung zur Umsetzung von Gasen mit Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1008290B
Application number: DEA19151A
Authority: DE
Inventors: Richard Chandler
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1952-11-19
Filing date: 1953-11-13
Publication date: 1957-05-16
Also published as: NL226002A; US2878108A; NL88403C; NL92506C

Description

DEUTSCHES

kl. 12 ο 27

INTERNAT. KL. C 07 b

PATENTAMT

ANME LDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

A19151IVb/12o 13. NOVEMBER 1953

16. MAI 1957

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Umsetzungen zwischen einem oder mehreren gasförmigen Umsetzungsteilnehmern und einem oder mehreren flüssigen Umsetzungsteilnehmern. Es kann sich dabei sowohl um exotherme als auch um endotherme Umsetzungen handeln. Das Verhältnis von Gasdurchflußgeschwindigkeit zu Gasverweilzeit kann in einer solchen Vorrichtung so geregelt werden, daß eine gute Anpassung an den Reaktionsablauf möglich ist. ίο

Gemäß der Erfindung enthält die Vorrichtung eine Mehrzahl von Rohren, die in dieser während der Durchführung der Umsetzung senkrecht angeordnet sind und deren obere und untere Enden je durch eine obere und untere Platte gehen. Der Teil der Rohre zwischen der oberen und unteren Platte ist in ein Gehäuse eingeschlossen und wird von einem im Gehäuse umlaufenden Wärmeaustauschmittel umspült.

Über und unter den beiden die Rohre aufnehmenden Platten befinden sich geschlossene Kammern, in denen Mittel zur Zuführung der Reaktionsteilnehmer bzw. zur Abführung des entstandenen Reaktionsprodukts angeordnet sind.

Wenigstens einige der unteren Enden der Umsetzungsrohre sind mit Gaszerteilungsvorrichtungen ausgerüstet, so daß ein Strom kleiner Blasen des gasförmigen Umsetzungsteilnehmers durch den in flüssigem Zustand vorliegenden Umsetzungsteilnehmer in der Nähe der Rohrwandung hochsteigen muß.

Die Vorrichtung enthält gewöhnlich 20 bis 500 Umsetzungsrohre und kann gegebenenfalls auch eine größere oder kleinere Anzahl von Rohren enthalten.

Die zur Gaszerteilung verwendeten Vorrichtungen können die Form von Aussschnitten an oder nahe den unteren Enden der Reaktionsrohre besitzen. Die unteren Rohrenden können aber auch mit porösen Ringen oder Stopfen, beispielsweise aus Sintermetall, keramischen Stoffen, Geweben aus Draht oder Faserstoffen, versehen sein.

Bei der Durchführung der Umsetzung tritt das gasförmige Ausgangsmaterial in die Bodenkammer der Vorrichtung ein, sammelt sich um die unteren Rohrabschnitte der Reaktionsrohre unter der Platte und perlt nach dem Durchtritt durch die Zerteilungsvorrichtungen in den Rohren nach oben. Ein Vorteil· dieser Arbeitsweise liegt in der Tatsache, daß sich die Verteilungsvorrichtungen nicht verstopfen können, da sie stets der Waschwirkung der flüssigen Umsetzungsmischung ausgesetzt sind. Ein weiterer Vorteil liegt auch in der Einfachheit der Anbringung der Beschickungsvorrichtungen am Boden des Gefäßes. Weiterhin ist noch von Vorteil, daß die Gasblasen nahe den Wänden der Rohre aufsteigen und die Umsetzung nahe an der Oberfläche stattfindet, an welcher Vorrichtung zur Umsetzung von Gasen mit Flüssigkeiten

Anmelder:

The British Petroleum Company Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. A. von Kreisler, Patentanwalt, Köln 1, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom ,19. November 1952

Richard Chandler, London, ist als Erfinder genannt worden

die Wärme durch das Wärmeaustauschmittel zu- oder abgeführt wird. Schließlich läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit über einen weiteren Bereich regeln, ohne daß der Gasdruck merklich geändert werden muß.

In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist wenigstens ein zweckmäßig parallel zu den Umsetzungsrohren angeordnetes Flüssigkeitsfallrohr, das durch die obere und untere Platte geht und sich am unteren Ende über die Enden der Umsetzungsrohre erstreckt, vorgesehen. Die Flüssigkeit in einem derartigen Umsetzungsgefäß steigt in den Rohren, durch die das Gas strömt, auf und fällt in den Fallrohren, die in die Flüssigkeit am Boden des Umsetzungsgefäßes eintauchen, abwärts. Diese Umsetzungsgefäße eignen sich vorzugsweise in den Fällen, in welchen sich das Gas verhältnismäßig leicht in der Reaktionsmischung löst, die Umsetzung in der flüssigen Schicht aber verhältnismäßig langsam verläuft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine senkrechte Wand in der unteren Kammer angeordnet, die an der unteren Platte befestigt ist. Der obere Teil der unteren Kammer wird derart also in wenigstens zwei Abteile aufgestellt, wobei Vorrichtungen zur getrennten Zuführung des gasförmigen Umsetzungsteilnehmers zu jedem dieser Abteile vorgesehen sind. Die Abteile können unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in Verbindung stehen.

Durch Einstellung der jeder Kammer zugeführten Gasmenge lassen sich die Verweilzeiten für das Gas und die Flüssigkeit im Reaktionsgefäß ändern. Wenn das zugeführte Gas zu beiden oder allen Ableitungen

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in der Bodenkammer des Reaktionsgefäßes strömt, so werden verhältnismäßig kleine Gasblasen verhältnismäßig langsam durch die Flüssigkeit in den Rohren hochsteigen. Auf diese Weise ist die Verweilzeit des Gases im Reaktionsgefäß verhältnismäßig lang. Wird das Gas nur einer geringeren Anzahl von Abteilungen der Bodenkammer des Reaktionsgefäßes als vorher oder nur einer Abteilung, aber in gleicher Menge wie vorher zugeführt, so werden die Gasblasen größer

Die Erfindung wird in den Fig. 1 bis 9 beschrieben. In den

Fig. 1 bis 3 sind drei Arten von Umsetzungsgefäßen gemäß der Erfindung dargestellt; in den

Fig. 4 bis 9 werden verschiedene Gasverteilungsvorrichtungen für die unteren Enden der Umsetzungsrohre veranschaulicht.

Das Umsetzungsgefäß nach Fig. 1 besteht aus einer Mehrzahl paralleler senkrechter Rohre 1, von denen

und werden schneller wandern, so daß die Verweilzeit io fünf dargestellt sind, die an ihren oberen Enden an der des Gases kurzer und die der Flüssigkeit entsprechend Platte 2 befestigt sind und mit ihren unteren Enden länger wird. durch die Platte 3 gehen. Die Platten 2 und 3 stellen

Es kann aber auch wünschenswert sein, den Gas- den oberen und unteren Abschluß des Reaktionsgedurchfluß zu ändern, beispielsweise indem mehr oder fäßes dar, der außen von der Wand 4 begrenzt wird, weniger Gas zurückgeführt wird, während die Ver- 15 In dem Mantel 4 sind die Zulauf- und Ablaufstutzen 5 weilzeit gleichbleibt. Dies kann dadurch geschehen, und 6 für Heiz- und Kühlmittel angebracht, daß die Anzahl der einzelnen Abteilungen in der Die Platte 2 ist an die domförmige Haube 7 anBodenkammer des Reaktionsgefäßes, denen Gas zu- geflanscht, in der der Stutzen 8 zur Abführung des geführt wird, verändert wird. Umsetzungsprodukts angeordnet ist. Die Platte 3 ist

Die Reaktionsgefäße gemäß der Erfindung eignen 20 an das domförmig ausgebildete Gefäß 9 angeflanscht, sich besonders zur Durchführung exothermer oder das mit dem Zufuhrstutzen 10 für die Umsetzungsendothermer Umsetzungen. Im erstgenannten Falle teilnehmer versehen ist.

wird ein Kühlmittel und im letztgenannten Falle ein Die Rohre 1 sind an ihren unteren Enden mit den

Heizmittel durch den Gefäßmantel geleitet. oben beschriebenen Gasverteilungsvorrichtungen ver-

In jedem Falle lassen sich die Umsetzungen durch 25 sehen. Diese sind im einzelnen in den Fig. 4 bis 9 \'erwendung der Reaktionsgefäße gemäß der Erfin- dargestellt. Im Gefäßmantel 4 sind waagerechte Fühdung besser regeln, weil die Anfangsstufe der Umsetzung in den Abschnitten der Reaktionsrohre stattfindet, die nicht in Berührung mit dem Wärmeaustauschmittel stehen. So ist bei einer endothermen 30
Umsetzung die Temperatur der Umsetzungsmischung
in den kurzen Bodenstücken der Rohre hoch, fällt danach schnell auf einen Mindestwert und erhöht sich
danach allmählich wieder. Bei einer exothermen Umsetzung ist die Temperatur der Umsetzungsmischung 35 Ende gehen die Rohre durch die Platte 3. Weiterhin anfangs klein, steigt danach schnell auf einen Höchst- sind mehrere parallele senkrechte Rohre 13, von denen

zwei dargestellt sind, an ihren oberen Enden mit der Platte 2 verbunden, enden unterhalb der Rohre 14 und gehen durch die Platte 3. Die Rohre 14 sind an ihren die das Gas benötigt, um sich in der Umsetzungs- 40 unteren Enden mit Gasverteilungsvorrichtungen Vermischung zu lösen, dann erfolgt eine hohe Anfangs- sehen. Die durch die Platte 3 hindurchgehenden Rohre

rungsbleche 11 und 12 angebracht, die die gleichmäßige Verteilung des Wärmeaustauschmittels durch den Mantel des Umsetzungsgefäßes bewirken.

Nach Fig. 2 besteht das Umsetzungsgefäß aus einer Mehrzahl paralleler, senkrecht stehender Rohre 14, von denen drei dargestellt sind, die in der Nähe ihrer oberen Enden mit der Platte 2 verbunden sind und über diese Platte 2 ein wenig hinausragen. Am unteren

wert, bevor sie allmählich über die Länge der Rohre wieder abfällt. Es wird angenommen, daß diese Temperaturmerkmale durch die Zeit verursacht werden,

Umsetzungsgeschwindigkeit, die in dem Maß abfällt, wie die Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer und der gebildeten Umsetzungsprodukte ihre Gleichgewichtswerte erreichen.

Die Länge der Umsetzungsrohre unter der unteren Bodenplatte 3 kann derart bemessen sein, daß die niedrigste Temperatur bei endothermen Umsetzungen oder die höchste Temperatur bei exothermen Um-

13 enden unter dem unteren Rand der Rohre 14. Die beiden Platten 2 und 3 stellen den oberen und unteren Abschluß des Umsetzungsraumes dar, der außen von der Wand 4 umschlossen wird, in der Zu- und Ablaufstutzen 5 und 6 für Heiz- und Kühlmittel angebracht sind. Die Platte 2 ist an die domförmige Haube 7 angeflanscht, die mit einem Stutzen 8 zur Abführung des Umsetzungsprodukts versehen ist. Die Platte 3

geführt wird. Die Geschwindigkeit des Heiz- oder Kühlmittels kann durch Anbringen von Vorrichtungen an den Stellen größer gemacht werden, an denen die größte Wärmeübertragung notwendig ist.

Die Reaktionsgefäße gemäß der Erfindung können zur Durchführung zahlreicher chemischer Umsetzungen verwendet werden, beispielsweise für Halogenierungen, Hydrierungen, Oxydationen, Alkylierungen

Setzungen gerade über der Bodenplatte 3 erreicht wird, 50 ist an das domförmige Gefäß 9 angeflanscht, das mit wo das Heiz- oder Kühlmittel in den Mantel ein- dem Stutzen 10 zur Zufuhr der Umsetzungsteilnehmer

versehen ist. Im Gefäßmantel 4 sind waagerechte Führungsbleche 11 und 12 angebracht, die die gleichmäßige Verteilung des Wärmeaustauschmittels durch den Mantel des Umsetzungsgefäßes bewirken.

Das Umsetzungsgefäß nach Fig. 3 besteht aus mehreren parallelen Rohren 14, von den vier dargestellt sind, die in der Nähe ihrer oberen Enden mit der Platte2 verbunden sind und ein wenig über die Platte2

und Polymerisationen. Beispielsweise lassen sich fol- 60 hinausragen und an ihren unteren Enden durch die gende Umsetzungen durchführen: Platte 3 gehen. Mehrere parallele, senkrechte Rohre 13,

1. Die Umsetzung (»Oxoreaktion«) zwischen Pro- von denen zwei dargestellt sind, sind an ihren oberen pylen, Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in Gegen- Enden mit der Platte 2 verbunden und enden unterwart von Kobaltcarbonylen als Katalysatoren zur halb der oberen Enden der Rohre 14. Die durch die

Platte 3 gehenden Rohre 14 sind an ihren unteren Enden mit Gasverteilungsvorrichtungen versehen. Die durch die Platte 3 gehenden Rohre 13 enden unterhalb des unteren Randes der Rohre 14. Die Platten 2 und 3 bilden den oberen und unteren Abschluß der Gefäßkammer, die außen von der Wand 4 umschlossen

Herstellung von Butyraldehyden;

2. die Oxydation von niedermolekularen Kohlenwasserstoffgemischen mit Luft oder Sauerstoff zur Herstellung von Fettsäuren;

3. das Blasen von pflanzlichen ölen mit Luft oder Sauerstoff.

Claims

wird, in der Zu- und Ablaufstutzen 5 und 6 für Heiz- und Kühlmittel angebracht sind. An die Platte 2 ist eine domförmige Haube 7 angeflanscht, die mit einem Stutzen 8 zur Abführung des Umsetzungsprodukts versehen ist. An die Platte 3 ist das domförmige Ge- S faß 9 angeflanscht, das mit dem Zufuhrstutzen 10 für die Umsetzungsteilnehmer versehen ist. An der Platte 3 ist nach unten eine senkrechte Scheidewand 15 angebracht, die unterhalb der Rohre 13 endet und die Kammer 9 in zwei Teile teilt, denen die gasförmigen Reaktionsteilnehmer getrennt zugeführt werden können. Die Fig. 4 bis 9 veranschaulichen verschiedene Gaszerteilungsvorrichtungen, wie sie an den unteren Enden der Rohre 1 und 14 angebracht werden können. Die Verteilung nach den Fig. 4 und 5 wird durch Ausschnitte geregelt. Nach Fig. 6 sind in die Rohrenden Löcher eingestanzt. Fig. 7 zeigt eine poröse Platte am unteren Ende eines Rohres, durch die das Gas hindurchtritt. Fig. 8 zeigt ein konisch geformtes ausgezacktes Rohrende und Fig. 9 einen konischen porösen Stopfen. PateN ta ν s P R C c η e:

1. Vorrichtung zur Umsetzung von einem oder mehreren gasförmigen Reaktionsteilnehmern mit einem oder mehreren flüssigen Reaktionsteilnehmern, die unter Wärmeaustausch zwischen den Reaktionsteilnehmern und einem Wärmeübertragungsmittel verlaufen, bestehend aus mehreren senkrecht stehenden Umsetzungsrohren (1, 14), wovon wenigstens einige an den unteren Enden mit Vorrichtungen zur Gasverteilung versehen sind, so daß ein Strom kleiner Blasen des gasförmigen Reaktionsteilnehmers durch den flüssigen Reaktionsteilnehmer in jedem Rohr in Nähe der Rohrwandung hochsteigt, und deren obere und untere Enden durch je eine Platte (2, 3) gehen und über die untere Platte (3) hinausreichen und deren mittlere, zwischen den beiden Platten befindliche Teile von einem Mantel (4) umschlossen sind, so daß die mittleren Rohrteile zwischen den Platten (2, 3) von einem Wärmeaustauschmittel umspült werden können, und einem oberen (7) und einem unteren (9) Abschluß, die mit Vorrichtungen zur Zuführung der Reaktionsteilnehmer (10) bzw. zur Abführung der Reaktionsprodukte (8) ausgerüstet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gaszerteilung poröse Scheiben oder Einschnitte an den unteren Rohrenden verwendet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein parallel zu den Umsetzungsrohren (14) laufendes Flüssigkeitsfallrohr (13) angeordnet ist, das durch die obere (2) und die untere (3) Platte geht und dessen unteres Ende unter die unteren Enden der Umsetzungsrohre (14) reicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine senkrechte Wand (15) in der unteren domartigen Kammer (9) vorgesehen ist, die an der unteren Platte (3) befestigt ist und die untere Reaktionskammer (9) in wenigstens zwei Abteilungen teilt, denen die gasförmigen Reaktionsteilnehmer getrennt zugeführt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (4) mit waagerechten Führungsblechen (11, 12) ausgerüstet ist, durch die der Weg des Wärmeaustauschmittels gelenkt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen