Reactores de bucle y chorro paralelizados.

Dispositivo para la reacción continua de un líquido con al menos otro fluido,

caracterizado porque el dispositivo presenta al menos dos reactores de bucle y chorro conexionados en paralelo uno con otro y una vía de circulación de líquido exterior común.

Reactores de bucle y chorro paralelizados.

La invención concierne a un dispositivo para la reacción continua de un líquido con al menos otro fluido.

Un líquido es un medio fluido sustancialmente incompresible. Un gas es un medio fluido compresible. Un fluido es un líquido o un gas. Una materia sólida eventualmente en forma de polvo, fluidizada especialmente por medio de un gas o un líquido, es también un fluido en el sentido de la invención.

En el marco de la presente invención se entiende por líquido alimentado una materia o una mezcla de materias que, en condiciones de reacción, se presenta en el equipo en el estado de agregación líquido y tiene al menos un reaccionante. Por gas se entiende un gas puro o una mezcla de gases que presente al menos un reaccionante y eventualmente un gas inerte. Un ejemplo de un gas que presenta dos reaccionantes es el gas de síntesis constituido por hidrógeno y monóxido de carbono, el cual se utiliza, por ejemplo, en hidroformilaciones.

Un reactor de bucle y chorro (inglés: jet loop reactor) en el sentido de la invención consiste en un dispositivo para la reacción continua de un líquido y al menos otro fluido, en el que el líquido entra a presión en una cámara de reacción a través de una tobera, recorre esta cámara de reacción longitudinalmente a lo largo de una dirección de flujo principal, es desviado en el extremo de la cámara de reacción colocado enfrente de la tobera, es hecho retornar en sentido contrario a la dirección de flujo principal y es acelerado nuevamente en la dirección de flujo principal, de modo que se ajusta dentro de la cámara del reactor un circuito de líquido interno (bucle) . El segundo fluido es arrastrado por el flujo de líquido y reacciona durante el recorrido a lo largo del bucle. Por tanto, el líquido sirve como medio de chorro propulsor. Para aportar la energía cinética al líquido se ha asociado a la cámara de reacción una vía de circulación de líquido exterior en la que una parte del líquido es conducida en circuito cerrado por fuera de la cámara del reactor. Dentro de la vía de circulación de líquido exterior está prevista una bomba que imparte a la corriente de líquido la energía cinética necesaria para establecer el flujo en bucle dentro del reactor. La tobera es alimentada de manera correspondiente desde el circuito exterior. En las figuras 1a y 1b están representados reactores de bucle y chorro conocidos.

Se ofrece una buena introducción a la técnica de los reactores de bucle y chorro en: P. Zehner, M. Krause: "Bubble Columns", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistr y , Electronic Release, 7ª edición, capítulo 4, Wiley-VCH, Weinheim [2005].

Para la realización eficiente de reacciones multifásicas en sistemas de gas/líquido o bien sistemas de gas/líquido/líquido es de la máxima importancia un intensivo mezclado de las fases implicadas para evitar limitaciones de transporte de materias. Técnicamente, esto se materializa por medio de una serie de conceptos de reactor muy diferentes comenzando en calderas agitadoras, siguiendo por columnas de burbujas y columnas de cuerpos de relleno y llegando hasta reactores tubulares con mezcladores estáticos [K. Schügerl; "Neue Bioreaktoren für aerobe Prozesse"; Chem. Ing. Tech. 52, (12) , 1980, 951-965]. La desventaja de estos sistemas reside en su coeficiente volumétrico de transición de materias (kLa) , que en parte es relativamente bajo.

Para mejorar la transición de materias, especialmente en la catálisis multifásica, se han desarrollado diferentes conceptos de reactor cuyo distintivo común son unas altas corrientes de circulación [E. H. Stitt; "Alternative multiphase reactors for fine chemicals -A world beyond stirred tanks?", Chem. Eng. J. 90, 2002, 47-60]. Estos generan las superficies necesarias de intercambio de materias a través de dispositivos mezcladores correspondientes, tales como toberas o deflectores. Se han estudiado ya a fondo reactores especiales a base de toberas de múltiples materias [N. RÃbiger; "Hydrodynamik und Stoffaustausch in strahlangetriebenenSchlaufenreaktoren"; Praxiswissen Verfahrenstechnik: Thermische Verfahrenstechnik, Editorial TÃ?V Rheinland GmbH, Colonia, 1988] y, como se describe en el documento DE 198 36 807, se han utilizado estos con éxito en una instalación de ensayo para hidroformilación. El reactor se caracteriza por altos rendimientos cámara-tiempo y altas velocidades de transición de materias entre las fases gaseosa y líquida. Además, se suprime el compresor de circuito cerrado necesario usualmente para el retorno de gas, ya que el gas no reaccionado es redispersado de nuevo en el líquido del reactor a través de la tobera. El contenido de gas en el reactor se puede elegir libremente por medio del nivel de llenado y la posición relativa de la aspiración de gas de la tobera, y, por tanto, no es necesaria una regulación del nivel de llenado. Además, las grandes corrientes de circulación que se presentan dentro del reactor hacen posible un modo de funcionamiento casi exento de gradientes.

En un reactor de bucle y chorro individual se puede variar aquí la relación altura/diámetro solamente dentro del estrecho intervalo de 3 a 10 para garantizar volúmenes de reacción suficientes junto con alturas de construcción tolerables del reactor. El comportamiento de mezclado y la transición de materias son influenciados aquí negativamente en el caso de una construcción compacta, lo que sólo condicionalmente puede ser compensado por la disposición de varias toberas y tubos de guía en un reactor [Y. Gan et al.; "Studies on configuration of jet loop ractors with low height-diameter ratio"; Chem. Reac. Eng. Tech. 15 (3) , 1999, 268-274]. Además, la evacuación de calor se hace cada vez mayor debido a la pequeña relación superficie-volumen. Esto puede hacer necesaria la utilización de tubos de campo dentro del reactor para agrandar la superficie de intercambio de calor, tal como se

describe en el documento DE 198 54 637, con lo que, además de un deterioro del flujo de circulación interno, cabe esperar también un mayor coste de construcción.

Los reactores con un grado de esbeltez (relación de la altura (H) del reactor al diámetro (D) del reactor) H/D > 10 hacen posible unos contenidos de gas relativamente más altos, pero no son adecuados para agrandarlos a escala debido a los pequeños volúmenes. Como consecuencia de la altura resultante del reactor, se producen con el agrandamiento del reactor hasta volúmenes de reacción relevantes unas pérdidas de presión internas crecientemente elevadas y, por tanto, una disipación de energía desproporcionadamente elevada que conduce a un empeoramiento considerable de la capacidad del reactor. Sin embargo, debido al menor diámetro se puede materializar aquí una capacidad de intercambio de calor suficiente sin estructuras internas adicionales.

A causa de los inconvenientes anteriormente descritos de los reactores técnicos conocidos, la invención se basa en el problema de proporcionar un reactor o una disposición de reactores para una reacción fluido/líquido continua con un perfil de capacidad adecuado.

El problema se resuelve con el objeto de la reivindicación 1.

La invención se basa en el conocimiento de que en la reacción continua de un líquido con otro fluido se pueden aprovechar también las ventajas de un reactor de bucle y chorro para altas capacidades de producción mediante un conexionado en paralelo de reactores de bucle y chorro que presentan un circuito exterior común.

Por consiguiente, es objeto de la presente invención un dispositivo para la reacción continua de un líquido con otro fluido, que presenta al menos dos reactores de bucle y chorro conexionados en paralelo uno con otro y una vía de circulación de fluido exterior común.

Otro objeto de la invención es un procedimiento para la reacción continua de un líquido con otro fluido, en el que se hace reaccionar al menos un reaccionante gaseoso con al menos un reaccionante líquido, lo cual se lleva a cabo en el dispositivo según la invención.

El dispositivo según la invención presenta la ventaja de que se pueden aprovechar para grandes capacidades de producción los beneficios de un reactor de bucle y chorro, tales como transporte intensivo de materias, alta evacuación de calor o alimentación de calor, funcionamiento casi exento de gradientes.

Dado que el dispositivo presenta solamente una bomba para mantener la circulación exterior, la inversión en capital y los costes de funcionamiento son más... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la reacción continua de un líquido con al menos otro fluido, caracterizado porque el dispositivo presenta al menos dos reactores de bucle y chorro conexionados en paralelo uno con otro y una vía de circulación de líquido exterior común.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque presenta uno o varios reactores de bucle y chorro en paquete.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por al menos un reactor de bucle y al menos un reactor de bucle y chorro en paquete.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en todos los reactores están instaladas toberas en la parte superior del reactor.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en todos los reactores están instaladas toberas en la parte inferior del reactor.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en los reactores están instaladas al menos una tobera en la parte inferior de un reactor y al menos una tobera en la parte superior de un reactor.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque cada tobera lleva asociada una salida para el líquido, porque la tobera y la salida están dispuestas diametralmente en el reactor con respecto al circuito de líquido interno y porque la vía de circulación de líquido exterior une la tobera con la salida.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en la vía de circulación de líquido exterior está dispuesta justamente una bomba.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque, prescindiendo de la incorporación de un intercambiador de calor interno al reactor, en la vía de circulación de líquido exterior está previsto un intercambiador de calor para intercambiar calor entre el líquido conducido en el circuito de líquido exterior y un portador de calor.

10. Procedimiento para la reacción de un líquido con al menos un segundo fluido, caracterizado porque la reacción se realiza en un líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque en el dispositivo se realizan oxidaciones, una epoxidación de olefinas, hidroformilaciones, hidroaminaciones, hidroaminometilaciones, hidrocianuraciones, una hidrocarboxialquilación, aminaciones, una amonooxidación, oximaciones e hidrogenaciones.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque se hacen reaccionar compuestos de dobles enlaces olefínicos por hidroformilación con gas de síntesis para obtener aldehídos y/o alcoholes.