178508. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés hidrobenzol előállítására
5 178508 6 a legmagasabb hőmérsékleti érték elérésekor megfelelő értékkel rendelkezzen, a reakciókeverék felforrásának elkerülésére. A hidrogénezést célszerűen azonban inkább növekvő, előnyösen folyamatosan emelkedő nyomáson 5 végezzük. Az egyik kevésbé előnyös reakcióváltozat szerint úgy járunk el, hogy a reakciókeveréket a hidrogén bevezetése előtt a reakció véghőmérsékletére, előnyösen 70-90 °C-ra állítjuk be, majd a hidrogént 10 folyamatosan a reakciókeverék gyors keverése közben bevezetjük, emellett a hidrogén bevezetését és a reakciókeverék hűtését úgy szabályozzuk, hogy a hőmérséklet lényegében állandó maradjon. Az optimálisan betartandó reakcióidő a találmány 15 szerinti eljárás végrehajtása során előkísérletekben határozható meg, a mindenkori nyomás alatti reaktor méretéből és a keverőszerkezet teljesítőképességétől függően.' A mérvadó értékek 5 literes autoklávra számítva a kiviteli példák alapján kiszámíthatók. 20 A betartandó legmagasabb nyomásérték a reakció szempontjából nem döntő, csupán maximális nyomástól függ, amelyre a nyomás alatti reaktor méretezve van. A találmány szerinti eljárás végrehajtása során 25 például úgy járunk el, hogy az autoklávból az oxigént nitrogénnel kiszorítjuk és az autoklávba alkoholos alkálialkoholát-oldatot vagy alkálihidroxid-alkálialkoholát oldatot, nitrobenzolt és szénhordozós palládiumot adagolunk. A nitrogént ezután hidro- 30 génnel kiszorítjuk és a reakciókeveréket élénk keverés közben melegítjük. A hidrogénbevezetést és a hűtést ezután úgy szabályozzuk, hogy a reakcióelegy hőmérséklete körülbelül 20—40 perc leforgása alatt (mindenkor azonban a hidrogénezendő mennyiségtől 35 függően) 120°C-ig, előnyösen 90°C-ig emelkedjen. A nyomás emellett 1-10 bar nyomásértékig emelkedik. A nyomás megszüntetése után a még meleg reakciókeveréket katalizátor elválasztása céljából forrón szüljük, végül célszerűen keverés közben lehűt- 40 jük. A szűrést az ezt követő keverést célszerűen a levegő oxigénjének kizárása közben, előnyösen nitrogénatmoszférában végezzük. A kikristályosodó hidrazobenzolt centrifugálissal vagy szűréssel elválasztjuk és célszerűen vizes alkohollal mossuk. Az anyalúgból 45 az alkoholt desztillálóval eltávolítjuk és a következő reakcióadaghoz bevezetjük. A reaktor alján maradt szerves fázist elválasztjuk és ezt is a következő reakcióadaghoz adagoljuk. A végtermék átkristályosítása általában nem szükséges, mivel a hidrazobenzol 30 99% feletti, körülbelül 99,7%-ig terjedő tisztaságban képződik. Azt tapasztaltuk, hogy a fenti reakció keverős autoklávban történő végrehajtása akkor jár nehézséggel, ha nagyüzemi méretben tonnás mennyiségeket 35 állítunk elő. Ha a fenti eljárásmódot nagyüzemi méretre adaptáljuk és tonnás mennyiségeket kívánunk előállítani, akkor a hosszabb reakcióidő miatt jelentős hozamcsökkenés következik be. 60 Ebből adódott az a feladat, hogy hidrazobenzol nagyüzemi méretben történő előállításánál a hozamot javítsuk, a fajlagos reaktorkihasználást megnöveljük és ezzel egyidejűleg a kedvezőtlen mellékreakciókat visszaszorítsuk. 65 Azt találtuk, hogy a fent vázolt nehézségek elkerülhetők, hogyha a nitrobenzolnak lúgos alkoholos oldatban történő katalitikus hidrogénezését olyan berendezésben végezzük, amelyben a reakciókeveréket egy keringtető szivattyúval egy porlasztófejen átpréseljük és hidrogénnel elkeverjük, majd ezt a porlasztóit keveréket a reaktorban uralkodó hidro- _ génatmoszférába poriasz tjük. A találmány szerinti eljárás előnyös változata szerint hidrazobenzol előállításánál nitrobenzolnak hidrogénnel alkoholos oldatban végzett katalitikus lúgos hidrogénezése során úgy járunk el, hogy a reakciókeveréket hidrogénnel elkeverve hidrogéngázatmoszférába beporlasztjuk. A találmány oltalmi köre kiterjed a hidrazobenzol előállítására alkalmazott berendezésre, amely azzal jellemezhető, hogy az egy hőszabályozható reaktorból és a reaktorból a folyadékoszlop környezetében kinyúló, szivattyúval ellátott cirkulációs vezetékrendszerből áll, amely a reakcióterméknek a reaktor gázterébe beporlasztó porlasztófejbe van hozzávezetve. A találmány szerinti hidrogénező berendezés lényeges alkatrésze a hőszabályozható reaktor, a szivattyú, a porlasztófej, amely például Ventúri-csőként vagy vízsugárszivattyúszerűen van kiképezve, valamint egy hőmérséklet- és nyomásszabályozó. A porlasztófej segítségével végzett porlasztással meglepően jó átvitel történik a gázfázis, a folyadék és a katalizátor között. A találmány szerinti eljárással sikerült a reakcióidőt a nagyméretű keverős reaktorban szükséges 6 órás időtartamról ennek egytizedére, vagyis körülbelül 35—40 percre csökkenteni. Előny továbbá az is, hogy a hozam a kétszeres nitrobenzol koncentráció ellenére az ismert eljárásokkal összehasonlítva 25%-kal javítható. A találmány szerinti eljárással 99,7%-nál nagyobb tisztaságú hidrazobenzol magas hozammal, például 97%-os hozammal előállítható a bevitt nitrobenzolra számítva nagyüzemi méretben. A bevitt nitrobenzolt csaknem kvantitatív mértékben hidrazobenzollá és 2—3% anilinné alakítjuk át. A reakcióelegyek feldolgozásmódja egyszerűsíthető, mivel a katalizátortól elválasztott oldat megsavanyítása, a képződő sók leszűrése és a kapott hidrazobenzol átkristályosítása feleslegessé válik, a hidrazobenzol a katalizátortól mentesített lúgos oldatból lehűtése során nagy tisztasági fokban kikristályosodik. A reakciót zavaró katalizátorméreg képződése a találmány szerinti eljárásnál jelentős mértékben visszaszorul, illetve csaknem teljes mértékben kiküszöbölhető. A hidrogénezés 1 bar-tól kezdődő hidrogéntúlnyomásokon végrehajtható. Előnyösen azonban a reakciót 1 bar feletti olyan hidrogénnyomáson végezzük, ahol a reakciókeverék felforrása kiküszöbölhető. A reakciónál betartandó maximális nyomás értéke önmagában nem döntő, ez csupán a reaktor megengedett maximális nyomásértékétől függ. Korábban már utaltunk arra, hogy a reakció közben emelkedő, előnyösen folyamatosan emelkedő nyomáson dolgozunk. Elvileg az eljárás konstans nyomáson is végrehajtható, amikor rögtön a reakció kezdetén a nyomást úgy állítjuk be, hogy a legmagasabb hőmérséklet 3
