174092. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gázfázisú és folyadékfázisú anyagok reagáltatására buborékoltató reaktorban
3 174092 4 magával a kiömlő folyadék, vagy pedig a gáz oldódik a folyékony reakcióközegben. A buborékoltató reaktorok eddig ismert kialakításai esetében azonban azt a jelenséget, hogy a folyékony reakcióközeg reagensgázt ragad magával, hátrányosnak tekintették, és arra törekedtek, hogy lehetőség szerint ennek a jelenségnek a fellépését korlátozzák. Így például megfelelően nagy távolságot választottak a gázbevezetőként szolgáló buborékoltató egység és a folyékony reakcióközeg elvezetésére szolgáló kivezető nyílás között, vagy terelőket és függönyöket alkalmaztak. A folyékony reakcióközegnek gázbuborékokat magával ragadó hatása ellen az egyik leghatásosabb és széles körben elterjedt megelőző módszer abban áll, hogy a reaktort alsó részénél megnagyobbítják, így a reaktor alsó részében a folyadék áramlási sebessége csökken, miáltal a gázbuborékok kiléphetnek a folyadékból és eljuthatnak a reaktornak abba a részébe, ahol a gáz alakú reagenseket bevezetik. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy meghatározott körülmények között — közelebbről a fentiekben említett, diffúziós-kinetikus reakciók és értékes gázhalmazállapotú reagensek alkalmazása esetében - az a jelenség, hogy a reaktort elhagyó folyékony reakcióközeg magával ragad gázbuborékokat, nemcsak hogy nem káros, hanem előnyös lehet gazdaságilag buborékoltató reaktorokban végbemenő reakciók esetében. Ilyen esetekben ezt a jelenséget ugyanis nem megszüntetni, hanem megfelelően szabályozni kell. Ennek a szabályozásnak az eredményeként a gázhalmazállapotú reagensek konverziófoka nagyobb, mint az eddig ismert reaktor-kialakítások esetében, következésképpen egy termelőegységre vonatkoztatva a kiindulási anyagok felhasználási aránya csökkenthető. További eredmény, hogy jóval nagyobb tisztaságú gázhalmazállapotú termékek állíthatók elő, mint az eddig ismert berendezések, illetve eljárások alkalmazása mellett. A fentiek alapján a találmány tárgya eljárás gázfázisú és folyadékfázisú anyagok reagáltatására buborékoltató reaktorokban. Az eljárás azzal jellemezhető, hogy a buborékoltató reaktorban a folyadékáram lineáris sebességét 60 m/óra és 450 m/óra közé és a gázáram lineáris sebességét 100 m/óra és 400 m/óra közé állítjuk be, a gázokat 0,3 mm és 5 mm közötti átmérőjű buborékok formájában juttatjuk a folyadékáramba, a folyadékáramot a reaktor fenékrészén eltávolítjuk, a benne diszpergált gázt egy önmagában ismert gáz-folyadék szeparátorban a folyadéktól elválasztjuk és a reaktor tetején távozó, eltérő összetételű recirkuláltatott gáztól a további műveletek során külön kezeljük. A találmány szerinti eljárás lényegét úgy világíthatjuk meg, hogy ismertetjük a buborékoltató reaktorban végbemenő hidrodinamikai és diffúziós folyamatokat. Az ipari buborékoltató berendezésekben képződő gázbuborékok mérete mindig különböző, és rendszerint meghatározott mérettartományba esik. Az egyes gázbuborékok egyesülése (agglomerációja) további okozója az eltérő gázbuborék-méreteknek. A buborékok méretében további változást okoz az, hogy a gázbuborékban levő gáz reakcióba lép. Tekintettel arra, hogy a buborékok emelkedési sebessége a buborékok méretétől függ (függetlenül viszont attól a körülménytől, hogy a reaktor fenékrésze felé áramló folyékony reakcióközeg áramlási sebessége meglehetősen nagy), az egyes gázbuborékok tényleges emelkedési sebessége jelentősen változik a gázbuborékok szelekcióját okozva. A legnagyobb átmérőjű buborékok emelkednek a legnagyobb sebességgel, következésképpen ezek a buborékok tartózkodnak a folyékony reakcióközegben a legrövidebb ideig és viszonylag hamar a reaktor felső részébe, illetve légterébe jutnak, míg a kisebb átmérőjű buborékok lassúbb emelkedési sebességükre tekintettel hosszabb időn át tartózkodnak a folyékony reakcióközegben, így a reaktort annak fenékrészén a folyékony reakcióközeggel hagyják el. Tekintettel azonban arra, hogy a kisebb átmérőjű buborékok esetében nagyobb a fajlagos felület, így a gázhalmazállapotú reagensek diffúziója a folyadékba nagyobb sebességgel megy végbe, a reagáltatás után a folyékony reakcióközeg által magával ragadott gázban jóval kevesebb gázhalmazállapotú kiindulási komponens található, mint a reaktor felső részén távozó gázban. A folyékony reakcióközegben buborékok formájában jelenlevő gázhalmazállapotú elegy komponenseinek oldhatósága is lényeges szerepet játszhat továbbá abban, hogy a folyékony reakcióközeg által magával ragadott gázbuborékban a gázelegy összetétele eltér a rendszerbe betáplált gáz összetételétől. Különösen fontos szerepet játszik az oldhatóság abban az esetben, ha a reakcióba lépő gázok kevésbé oldhatók a reakcióközegben, mint a reaktorba betáplált gázelegy közömbös komponensei. Tekintettel arra, hogy egy gáz oldhatósága parciális nyomásának növekedésével megnő, a reaktor alsó részében a hidrosztatikai nyomás megnövekedése az oldhatóságot növeli. A reaktor üzemi nyomásának növelése, valamint ezzel egyidejűleg a folyékony reakcióközeg és az általa magával ragadott gáz reaktoron kívüli egymástól való elkülönítése az üzemi nyomásnál kisebb nyomáson lehetővé teszi a rekcióban résztvett gázok egy részének elkülönítését a folyékony reakcióközegtől. így megfelelő üzemi nyomást és folyadékoszlop magasságot választva a reaktorban (amennyiben ezeket a paramétereket az üzemeltetéssel szemben támasztott egyéb követelmények nem határozzák meg szigorúan) befolyásolható az oldódás mértéke. A találmány szerinti eljárás egyik alapvető jellemzője tehát az, hogy a gázbuborékok átmérőjét és a folyadékhalmazállapotú reakcióközeg áramlási sebességét úgy választjuk meg, hogy biztosítsuk az emelkedő vagy felfelé szálló gázbuborékok egy részének a folyékony reakcióközeg áramlási sebességéhez képest kisebb emelkedési sebességét, hogy a reaktort a gázbuborékoknak ez a része a folyékony reakcióközeggel hagyja el. Ezután a folyékony reakcióközegtől a gázbuborékokat elválasztjuk a reaktoron kívül, és így a reaktor felső részén távozó gázáraméhoz képest eltérő összetételű gázáramot kapunk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
