DE2434370A1

DE2434370A1 - Verfahren zur herstellung von acrylamid

Info

Publication number: DE2434370A1
Application number: DE2434370A
Authority: DE
Inventors: Darrell L Werges
Original assignee: Nalco Chemical Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 1973-11-01
Filing date: 1974-07-15
Publication date: 1975-05-07
Also published as: BE817648A; IT1016408B; BR7405807D0; AU6790374A; NL179475B; FR2249869A1; US3900516A; DE2434370B2; NL179475C; ZA743854B; DE2434370C3; JPS5071619A; ES428269A1; CA1038885A; AU463186B2; FR2249869B1; GB1459467A; NL7409418A

Description

PATENTANWÄLTE N 711

Dr - Ing. HANS RUSCHKE
Sol "ng. OLAF RUSCHKE
D^i,.|ng.HANS E.RUSCHKE

Nalco Chemical Company, Chicago, Illinois, VoSt.v.A.

Verfahren zur Herstellung von Acrylamid

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum katalytischen Hydrolysieren von Acrylnitril zu Acrylamid im Flussigphasenzustand,
bei welchem kontinuierlich eine flüssige Üeaktantenbeschickung, ' die aus etwa 25 bis 75 Gew.-% Acrylnitril und etwa 75 bis 25
G-ew.-'/o nasser, bezogen auf 100 Gew.-$ Reaktantengesamtbeschickung, besteht, in Reihenfolge durch mindestens zwei rohr- j förmige Reaictionszonen in Sperrflußweise fließt„ wobei jede ^; dieser Zonen ein Katalysatorfestbett enthält und der jedes die- ^; ser Betten bildende Katalysator dadurch gekennzeichnet ist, ' daß er eine Anfangsaktivität von mindestens etwa 0,25 aufweist, ■ bezogen auf eine Ausgangsbeschickung aus 35 Gew.-^ Acrylnitril
und 65 Grew.-"/) Wasser (Basis: Gesamtmasse); unter Verwendung ■ eines Katalysatorbettvolumens von etwa 820 cm und einer stündlichen Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit, welche zur Umwandlung
von ÖQjb Acrylnitril in Acrylamid ausreicht, wobei dieses Ver- ι fahren im wesentlichen isotherm bei !Temperaturen im Bereich von· etwa 3β° bis 149°C und mit einer stündlicher! Gewichtsdurchsatz- : gescnwindigkeit des Systems im Bereich von etwa 0,1 bis 10 Stun-i den" durchgefünrt wird,· und die Beziehung zwischen der stündlichen Gewicntsdurchsatzgeschwindigkeit und der entsprechenden

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i'eniperatur in jeder dieser Reaktionszonen so eingeregelt wird, daß die Prozente Uüiwandlung von Acrylnitril in Acrylamid jeder dieser Reaktionszonen etwa das 0,5- bis 1,5-fache der Gesamtumwandlung des Systems, dividiert durch die Gesamtzahl dieser Reaktionszonen, ausmachen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Hydrolysieren von Acrylnitril zu Acrylamid mit einem Festbettkatalysator, bei welcnem eine aus etwa 25 bis 75 Gew.-^ Acrylnitril und etwa 75 bis 25 (xQn.-fo v/asser, bezogen auf 100 Gew.-$ Gesamtmasse, bestehende Reaktantenmasse kontinuierlich in Reihenfolge durch drei rohrförmige Reaktionszonen im wesentlichen isotherm und im Flüssigphasenzustand mit einer stündlichen Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit von etwa 0,1 bis 10 Stunden" geleitet wird, eine Umwandlung von Ausgangs-Acrylnitril zu Acrylamid nach Passieren der ersten Reaktionszone von etwa 15 bis 45 $» eine Umwandlung von Ausgangs-Acrylnitril zu Acrylamid nach Passieren der zweiten Reaktionszone von etwa 35 bis 65 % und eine Umwandlung von Ausgangs-Acrylnitril zu Acrylamid nach Passieren der dritten üeaktionszone von etwa 65 bis 99 fo vorliegt, jede dieser Reaktionszonen ein Bett aus Raney-Kupfer-Katalysator enthält, welcher eine katalytische Anfangsaktivität von mindestens etwa 0,25 aufweist, bezogen auf eine Ausgangsbeschickungj von 35 Gew.-$ Acrylnitril und 65 Gew.-^ Wasser (Gesamtmasse als Basis), unter Verwendung eines Katalysatorbettvolumens von etwa 820 cnr und einer stündlichen Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit, die zum Erhalt einer 80-proz. Umwandlung von Acrylnitril in Acrylamid ausreicht, wobei die erste Reaktionszone bei einer Temperatur im Bereich von etwa 38° bis 121⁰C, die zweite Reaktionszone bei einer Temperatur im Bereich von etwa 38 bis 121 G 'und die dritte Reaktionszone bei einer Temperatur im Bereich von etwa 49° bis 149⁰C gehalten wird und dieses Verfahren zu einer Gesamtumwandlung des Systems an Ausgangs-Acrylnitril zu Acrylamid von mindestens etwa 60 % führt, indem die Beziehung zwischen stündlicher Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit und der entsprechenden Temperatur in jeder dieser Reaktionszonen so eingeregelt wird, daß die Prozente Umwandlung von Acrylnitril

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in Acrylamid in jeder dieser Reaktionszonen.etwa das 0,5 bis 1,5-fache dieser Gesamtumwandlung des Systems, dividiert durch die Gesamtzahl dieser Reaktionszonen, ausmachen.

Aus der Technik der katalytischen Hydrolyse von Acrylnitril mit Wasser zu Acrylamid sind bisher zwei Wege bekannt. Ein Weg erfaßt die Hydrolyse einer verdünnten wäßrigen Lösung von Acrylnitril und wasser (typisch sind 7 Gew.-%) zu Acrylamid mit einem Kupferkatalysatorsystem, wie einem reduziertes Kupfer enthaltenden Katalysator oder ein Gemisch aus Kupferoxid mit Silber-, Zink- oder Cadmiumoxiden (siehe US-PSen 3 597 481, 3 631 104 und 3 642 894 und DT-OS 2 001 903). Das andere Verfahren erfaßt die kontinuierliche Umwandlung, bei welcher der Katalysator in einem Acrylnitril/Wasser-System in der Zirkulationszone eines Reaktors suspendiert wird, zum einen unter Verwendung eines speziell aufgebauten Reaktors, so daß der suspendierte Katalysator von dem flüssigen Reaktanten in einer Katalysatorpräzipitationszone abgetrennt werden kann, welche so konstruiert ist, daß sie im wesentlichen mit einer Reaktionszone in Verbindung steht (siehe DT-OS 2 240 783 und auch DT-OS 2 241 732).

Jedes dieser Verfahren leidet unter ernstlichen Nachteilen. Im Falle des in den US-PSen 3 597 481, 3 631 104 und 3 642 894 und der DT-OS 2 001 903 vorgeschlagenen Verfahren wird nach den Beispielen in diesen Patentschriften typischerweise lediglich ein etwa 8,4 Gew. -⁰Jo Acrylamid enthaltendes Lösungsprodukt erzeugt bei 90 Gew.-^ Umwandlung von Acrylnitril zu Acrylamid aus einer 7-gew.-proz. Acrylnitril-Beschickung. Um eine solche Lösung zu einem gewünschten wäßrigen Lösungskonzentratprodukt, das 50 Gew.-$ Acrylamid enthält, zu konzentrieren, ist es notwendig, etwa 9,8 kg Wasser je kg Acrylamid zu verdampfen.

Eine solche Verdampfungsprozedur erfordert spezialisierte Vorrichtungen, wie einen Abtriebs- oder Verdampferteil, und umfaßt teure ineffiziente Betriebsbedingungen.

Konzentrierte Lösungen von Acrylamid in Wasser sind erwünscht,

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weil solche Losungen dann direkt zur Herstellung wäßriger Polyamid-Latexpolymeransätze verwendet werden können. Auch, wenn eine wäßrige liüsung von Acrylamid ein Handelsprodukt sein soll, ist die möglichst konzentrierteste Lösung erwünscht, um Verschiffungskosten auf ein Minimum zu beschränken (wegen des unvermeidlichen Y/assergehaltes). Selbst wenn man Acrylamid als kristallines Peststoffprodukt zu verkaufen wünscht, was offensichtlich derzeit gängig ist, um. wesentliche Mengen Acrylamid im Handel anzubieten, würde es notwendig sein, zunächst das Acrylamid aus einer verdünnten wäßrigen Ausgangslösung zu kristallisieren, welche durch katalytische Hydrolyse hergestellt worden ist. Da die Löslichkeit von Acrylamid in v/asser verhältnismäßig hoch ist, wird eine konzentrierte Beschickungslösung für ein Kristallisationsverfahren erforderlich, so daß dennoch ein kostspieliger Verdampfungsschritt benötigt wird. Infolgedessen besteht in der Technik ein Bedarf nach einem Verfahren, welches die Herstellung konzentrierter Lösungen von Acrylamid und Nasser mit so wenig Abtrieb wie möglich gestattet.

Im lalle des in den DT-OSen 2 240 783 und 2 241 732 vorgeschlagenen Verfahren wird ein rückmischendes Reaktorsystem vom Suspensionstyp verwendet. Bei der Hydration von Acrylnitril zu Acrylamid nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit eigentümlich mit steigenden Umwandlungsprozentgraden ab, so daß eine rückmischende Reaktorausgestaltung zur großmöglichen Reaktor- oder Katalysatorbeschickung für einen gegebenen Umwandlungsgrad von Acrylnitril in Acrylamid führt. Dabei ist es bei diesem Verfahren besonders schwierig, hohe Konzentrationsspiegel, insbesondere bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, zu erreichen. Man beachte, daiä die Beispiele der obigen DT-OS lediglich eine ^! etwa 50-proz. Umwandlung zeigen und ein nur etwa 20 $ Acrylamid enthaltendes Reaktionsprodukt erhalten, so daß zur Herstellung eines konzentrierten Produktes eine verhältnismäßig große Menge Wasser und Acrylnitril verdampft werden muß. Ein anderes Problem ergibt sich bei dem Verfahren daraus, daß ein scheinbarer Katalysatorverbrauch unvermeidlich ist infolge der unumgänglichen Erzeugung von Katalysatorfeinteilen, welche nicht

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in dein Katalysatorr'ickgewinnungsteil des Suspensionsreaktionsabtrennbar sind.

Kein Verfanren der bisherigen Technik zur katalytischen Hydrolyse von Acrylnitril zu Acrylamid lehrt die Verwendung einer konzentrierten Acrylnitril-Ausgangsbeschickung mit «/aaser, die in einen Reaktor gefüllt werden, und die direkte Herstellung eines hochreinen, konzentrierten wäßrigen Lösungsproduktes aus Acrylamid in Wasser, welches wenig, wenn überhaupt (je nach Typ des gewünschten Produktes) ein nachfolgendes Abtreiben zwecks .Entfernung unumgesetzten Acrylnitrils und überschüssigen vif'assers erfordert. Keine der bisherigen Techniken gestattet die "Verwendung einer Kombination hoher Umwandlungsprozente mit hoch konzentrierten Ausgangsbeschickungen, was bei verhältnismäßig großen Reaktionsgeschwindigkeiten ausgeführt wird.

Das Problem zur direkten Herstellung einer konzentrierten Lösung von Acrylamid und Wasser hat sich als ein schwierig zu lösendes Problem erwiesen, denn es ist nicht einfach möglich, die Konzentration von Acrylnitril und v/asser in einer Ausgangsbeschickung aus Acrylnitril/Wasser zu erhöhen, die in einen !Kontinuierlichen Reaktor der Technik gegeben wird. So ist es zum einen schwierig, in einer Reaktionszone die in einer solchen konzentrierten Beschickung eintretende Hydrolysereaktion zu kontrollieren wegen der charakteristisch hohen Exotherme und der hiermit verbundenen hohen Anfangsreaktionsgeschwindigkeit. Zum anderen haben - soweit bekannt ist - die bisher für die Verfahren der Technik ausgewählten Katalysatoren nicht eine geeignet hohe Katalysatoraktivität der Art, wie sie für hohe Umwandlungsgeschwindigkeiten benötigt wird, wenn man sie in ein Festbett in einen im wesentlichen isothermen Reaktor gibt und einer Sperrflußbewegung der Reaktanten hierdurch aussetzt.

Die Hex"stellung einer konzentrierten Acrylamid-Lösung in einem Reaktor, der annänernd Sperrfluß aufweist, gibt mehrere Probleme auf, welcne für den Betrieb auf diese V/eise eigentümlich sind.

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einen muß man eine Reaktionszone verwenden, deren Wärme man kontinuierlich und mit hoher Geschwindigkeit abführen muß. Wenn man zum Beispiel eine verdünnte Reaktorbeschickung von 7 1<> Acrylnitril in ,Vasser vorliegen hat, steht genügend "fässer als i/ärmeaufnehmer zur Verfügung, um die Notwendigkeit zur 7/ärmeabführung aus dem Reaktor zu eliminieren, im Gegensatz hierzu ergibt sich jedoch für eine 35 Gew.-⁶Jo Acrylnitril/Wasser-Beschickung, die bis zu 90 °/o Umsatz reagiert, ein adiabatischer l'emperaturanstieg von 111⁰G, was zu einer solch hohen Reaktäa.-tentemperatur führt, daß unerwünschte iTebenreaktionen unvermeidlich stattfinden (#ie Polymerisation), so daß unter den letzteren "Verfahrensbedingungen während der Hydrolysereaktion Wärme abgeführt werden muß. Wenngleich es möglich ist, den unkontrollierten Temperaturanstieg zu Beginn dadurch zu vermeiden, daß man die Reaktion bei einer niedrigen Temperatur durchführt, wo die Anfangsgeschwindigkeit niedrig genug ist, um eine scharfe Kontrolle der Anfangsexotherme zuzulassen, wird unglücklicherweise - wenn die gesamte Reaktion bei dieser Temperatur durchgeführt wird - die Reaktionsgeschwindigkeit über etwa 60 Prozent Umsatz so niedrig, daß ein unpraktikabel großes Katalysatorbett erforderlich wird, um hohe Umwandlungsspiegel und hohe Acrylamid-Konzentrationen zu erreichen.

Bin anderes Problem ergibt sich aus der Entdeckung, daß bei Acrylnitril-Umwandlungsspiegeln bis zu etwa 30 Prozent mit konzentrierten Acrylnitril-Beschickungen die Reaktionsgeschwindigkeit überraschenderweise höher ist als die Reaktionsgeschwindigkeit oberhalb Umwandlungsspiegeln von etwa 60 Prozent. iienn. jian dauer versucht, eine solche Hydrolysereaktion in einer einzigen Reaktionszone bis zu einem Umsatzspiegel von angenommen etwa ÖO Prozent durchzuführen, wird die Anwendung einer hohen Reaktionszonentemperatur notwendig, um eine Kompensation für die herabgesetzten Umwandlungsgeschwindigkeiten oberhalb etwa 60 Prozent zu erreichen. Eins solch hohe Temperatur führt zu einer eigentlich unkontrollierbaren exothermen Reaktion in den Anfangsphasen der Reaktion infolge der viel größeren Umwandlungsgeschwindigkeiten bei diesen niedrigeren Umwandlungs-

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spiegeln zu Beginn. Andererseits wird, wenn man versucht, die Anfangsphasen der Hydrolysereaktion in kontrollierbarer Weise , unter Verwendung einer konzentrierten Acrylnitril-Beschickung in einem einzigen Reaktor durchzuführen, indem "bei niedrigen Temperaturen gearbeitet wird, dann der .Reaktor, der zur Erreichung einer hohen Umwandlung wie 80 Prozent benötigt wird, außerordentlich groß wegen der niedrigen Reaktionsgeschwindigkeiten bei etwa über 60 Prozent Umwandlung. Dieser Effekt ist beträchtlich größer, als man aus der einmaligen Ausbeutung des Acrylnitril-Reaktanten erwarten würde und es scheint, als können höhere Acrylamid-Konzentrationen die weitere Umwandlung von Acrylnitril verhindern. Folglich stellt das gleichzeitige Erreichen eines hohen Umwandlungsgrades und einer hohen Acrylamid-Konzentrat ion ein besonders schwieriges Problem dar.

Ein weiteres Problem ergibt sich noch daraus, daß, wenn man eine konzentrierte Acrylnitril/v/asser-Ausgangsbeschickung verwendet, man unvermeidlich einem Zweiphasensystem gegenübersteht wegen der begrenzten Löslichkeit von Acrylnitril und Wasser, wenn man zum Beispiel einen rohrförmigen Reaktor mit einer Vielzahl räumlich voneinander getrennter, paralleler Rohre verwendet, wird es schwierig, jedes dieser Reaktorrohe gleichmäßig mit einem identischen zweiphasigen Gemisch aus Acrylnitril und »liasser zu speisen. Jene Rohre, welche zufälligerweise eine höhere Konzentration an Acrylnitril erhalten, entwickeln dann eine sogar höhere exotherme Reaktion als jene Rohre, welche eine mittlere oder geringere als die mittlere Acrylnitrilmenge erhalten, was die Schwierigkeiten des Erhalts kontrollierbarer Reaktionsbedingungen, insbesondere in den Reaktionsphasen zu Beginn, verstärkt.

Soweit bekannt ist, wurde bisher noch kein wirtschaftlich praktikables, kontinuierliches Verfahren zur Acrylnitril-Hydrolyse mit Festbetticatalysator unter Verwendung eines zweiphasigen, konzentrierten Acrylnitril-reichen Ausgangsbeschickungsstromes gefunden, bei tmm. im wesentlichen Sperrfluß (i.Orig. plug flow) der Reaktanten und einer maximierten stündlichen G-ewichts-

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durchsatzgeschwindigkeit für die Reaktantenriasse, was zu einem geringetiiioglioheii Katalysatorbettvolunien führt.

Die ilrfiudung richtet sich auf ein neues und sehr brauchbares Verfahren zur katalytiscnen Hydrolyse von Acrylnitril zu Acrjrl aiaid i/a tflüssigphasenzustand. Ein konzentriertes Acrylnitril/ ■,/asser-Geiüisoh wird kontinuierlich in Reinenfolge durch mindestens zwei rohrförmige Reaktionszonen im Sperrfluß geleitet. Das Verfahren überwindet Nachteile der bisherigen Technik und mit der Hydrolyse von Acrylnitril unter den Bedingungen hoher ILiiwandlungsspiegel und größeren Reaktionsgeschwindigkeiten bei Verwendung einer konzentrierten, zweiphasigen Ausgangsbeschickung aus Acrylnitril und .fässer verbundenen Probleme. Das Verfahren liefert eine konzentrierte Jjösung aus Acrylamid in w'asser.

Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur katalytischen Hydrolyse einer solchen konzentrierten Beschickung im Flüssigphasenzustand bei relativ hoher Umwandlung (z.B. typischerweise über etwa 60 °/o_t obwohl geringere Raten ebenfalls verwendet werden können) und bei verhältnismäßig hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, welches über ausgedehnte Zeiträume gefahren werden kann.

Ein anderer Brfindungsgegenstand ist ein Mehrstufenverfahren zur Herstellung konzentrierter wäßriger Lösungen von Acrylamid durch direkte katalytische Hydrolyse von Acrylnitril unter Verwendung eines geringstmöglichen Reaktorvolumens für eine gegebene Produktionsrate mit der Auflage, daß die Reaktionstemperaturen leicht geregelt und kontrolliert werden.

Bin anderer Gegenstand ist ein derartiges Verfahren, bei welchem der ümwandlungsgrad von Acrylnitril zu Acrylamid so liegt, daß eine konzentrierte Lösung von Acrylamid direkt durch Hydrolyse erzeugt wird (z,B. über etwa 30 bis 35 Gew.-^ auf Gesamtgewichtsbasis) .

Bin weiterer Gegenstand ist ein derartiges Verfahren, bei welchem die Umwandlung bis zu dem Punkt durchgeführt wird, wo die

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_ Q —

wenig oder keinen Abtrieb zwecks Entfernung unumgesetzten Acr/lnitrils vor Verwendung notwendig macht und bei welcnem - seiest nach Abtrieb - eine konzentrierte Acrylamid-Losung hoher xieiruieit hergestellt wird (z.B. über etwa 40 bis 45 Gew.-$ auf Gesaratgewichtsbasis).

In den anliegenden Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Diagramm, welcnes die Prozent Umwandlung von Acrylnitril in Acrylamid als Ordinate (II) gegen die Kontaktzeit in Stunden (angegeben als Reziprokwert der stündlichen Gev/icntsdurchsatzgeschwindigkeit) als Abszisse (I) zeigt;

i'ig. 2 ein Diagramm, welches die entwickelte additive iärme als ürdinate (III) in Beziehung zur Variation der Kontaktzeiten in Stunden (angegeben als Reziprokwert der stündlichen Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit) als Abszisse (IV) zeigt;

Fig. 3 ein diagrainmartiges Verfahrensfließschema, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3> welche jedoch eine bevorzugte Ausfünrungsform zeigt.

Beim erf indungsgeinäiSen Verfahren ist die Reaktantenbeschickung flüssig und besteht aus etwa 25 bis 75 Gew.-⁰Jo Acrylnitril (vorzugsweise etwa 30 bis 40 dew.-fo) und etwa 75 bis 25 Gew.-$ wasser (vorzugsweise etwa 70 bis 60 Gew.-%), bezogen auf 100 Gew. ~ηΌ Gesamtreaktantenbeschickung.

Jede der zahlreichen Reaktionszonen enthält ein Katalysatorfestbett. Der jedes dieser Betten bildende katalysator ist dadurch ausgezeichnet, daß er eine Anfangsaktivität von mindestens etwa 0,25 aufweist, bezogen auf eine Ausgangsbeschickung von 35 Gev/.-$ Acrylnitril und 65 Gc en.-⁰Ja wasser (Basis: Gesamtmasse), jis wird ein Katalysatorbettvolumen von etwa 820 cm und eine stündliche Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit (i.Orig. weight hourly space velocity) verwendet, die ausreicht, etwa 00 °/o Unis/andlung von Acrylnitril in Acrylamid zu ergeben (siehe Arbeitsweise in Beispiel 1 unxen).

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Dieses Verfahren wird im wesentlichen isotherm bei Temperaturen im Bereich von etwa 5Ö bis 149°G (vorzugsweise etwa 66 bis 127°O und unter Anwendung einer stündlichen Gewichtsdurchsatzgesciiwindigkeit des Systems im Bereich von etwa 0,1 bis 10 Stunden" (vorzugsweise von etwa 0,5 bis 2 Stunden" ) durchgefünrt.

Das Verfahren benutzt in dem Gesamtsystem eine Umwandlung des Ausgangs-Acrylnitrils in Acrylamid von mindestens etwa 60 Prozent (und vorzugsweise mindestens etwa 75 fo) . Vorzugsweise wird jede der Reaktionszonen bei im wesentlichen konstanter Temperatur und vorzugsweise jede folgende Reaktionszone bei einer höheren Temperatur als die vorangehende Seaktionszone gehalten.

Die Beziehung zwischen der stündlichen Gewichtsdurchsatzgeschtfiiidigkeit und der entsprechenden Temperatur ist in jeder dieser lieaktionszonen dargestellt, daß die Prozente Umwandlung von Acrylnitril in Acrylamid in jeder dieser Reaktionszonen das etwa 0,5- bis 1,5-fache der Umwandlung im gesamten System, dividiert durch die Gesamtzahl dieser Reaktionszonen, (und vorzugsweise etwa das 0,7 bis 1,3-fache) ausmachen.

Vorzugsweise wird das Verfahren unter Verwendung von zwei, drei oder vier in Reihe geschalteten Reaktionszonen durchgeführt, obwohl gegebenenfalls mehr verwendet werden können.

Der im Verfahren angewendete Katalysator hat typischerweise eine Aktivität von nicht mehr als etwa 2 (obwohl aktivere Katalysatoren verwendet, werden können) und vorzugsweise liegt eine solche Aktivität im Bereich von etwa 0,45 bis 1,5. Typischerweise liegt der Katalysator in Form von Teilchen mit Größenbereich von etwa 0,25 bis 12,4 Ma und einem vorzugsweisen Größenbereich von etwa 0,5 bis 7,7 mm vor. Allgemein kann jeder Katalysator mit derartigen Kennzeichen verwendet werden. Zur Zeit ist ein solcher Katalysator vorzugsweise ein Kupfer enthaltender Katalysator und am meisten bevorzugt ein Raney-Kupfer-Katalysator.

Typischerweise enthält ein nach dem Verfahren der Erfindung

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hergestelltes Produkt auf 100 Gew.-$-Basis etwa 30 bis 60 Gew.-$ Acrylamid, etwa 1 bis 20 Gew.-^ Acrylnitril und etwa 40 bis 65 Gew.-⁰Jo Wasser und vorzugsweise etwa 35 bis 50 Gew.-% Acrylamid, etwa 2 bis 10 Gew.-^ Acrylnitril und etwa 40 bis 6Q Gew.-^ V/asser. Für den Fachmann sollte es offenkundig und erkennbar sein, daß, obwohl man mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens verhältnismäßig verdünnte wäßrig^ Lösungen von Acrylamid herstellen kann, ein bevorzugtes und/der Tat erstrangiges Ziel dieser Erfindung ist, die Herstellung solcher wäßrigen Lösungen direkt in stark konzentrierter Form zu ermöglichen. Einen Begrenzungsfaktor bei einer Produktlösung stellen natürlich die Löslichkeitsgrenzen von Acrylamid in »/asser bei speziellen Bedingungen, wie Raumtemperatur, dar.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes flüssiges Produktgemisch wird vorzugsweise einem Abtrieb unterworfen, um unumgesetztes Acrylnitril hiervon zu entfernen. ZweckmäMgerweise wird zurückgewonnenes Acrylnitril in mindestens eine der Reaktionszonen zurückgeleitet. Vorzugsweise wird zurückgewonnenes Acrylnitril zur ersten dieser Reaktionszonen im Gemisch mit der Beschickung zurückgeleitet. Typischerweise wird ein solches Abtreiben bzw. Abziehen bei Temperaturen im Bereich von etwa 40° bis 100 G und Drucken im Bereich von etwa 50 bis 760 Torr ausgeführt (Zeiten unter et v/a 8 Stunden werden bevorzugt). Typischerweise enthält das so abgezogene Produkt, auf 100 Gew.-$- Basis, etwa 40 bis 60 Gew.-^ Acrylamid und etwa 40 bis 60 Gew. -io Wasser und vorzugsweise etwa 45 bis 55 Gew.-$ Acrylamid mit Rest zu 100 Gew.-^ Wasser, obwohl höhere (und niedrigere) Acrylamid-Gehalte gegebenenfalls erreicht werden können.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird die An- ' fangs- oder erste Reaktionszone vorzugsweise bei einer verhält-■nismäßig niedrigen Temperatur gehalten, um so den ersten Teil der Reaktion bei einer Geschwindigkeit durchzuführen, welche scharf kontrollierte Temperaturen gestattet. Die spätere Zone . oder späteren Zonen benutzen hohe Temperaturen, um die Reaktion ' zu beschleunigen und die gewünschten hohen Umwandlungsspiegel ^;

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mit vorzugsweise einem insgesamt geringstniöglichen Katalysator-Tolumen zu erreiciien. Zv/ei in Reihe angeordnete Reaktionszonen bei unterschiedlicnen Temperaturen reichen aus, eine gute Temperaturkontrolle und -regelung und ein minimales Bettvolumen zu ermöglichen. Die Zonen müssen nicht notwendigerweise in getrennten Reaktoren vorliegen, sondern können in einem einzigen Reaktor vorliegen mit beispielsweise zwei getrennten Mantelungen, deren jede mit einer unterschiedlichen Kahlmitteltemperatur versorgt //ird.

Die Verwendung von drei oder mehreren getrennten Reaktoren hat eine Reihe von Vorteilen, die hauptsächlich die Flexibilität in einer wirtschaftlichen Anlage betreffen. Drei Reaktoren haben den Vorteil, daß, wenn ein Reaktor zwecks Wartung stillgesetzt wird, die anderen beiden noch in einer Weise weiter gefahren werden können, die eine gute Temperaturregelung erlaubt. Vier oder mehr Reaktoren können gewiß verwendet werden, jedoch könnte dies für eine Anfangsausstattung eine unnötige Komplikation darstellen. Die Verwendung von vier oder mehreren Reaktoren ist hauptsächlich wichtig als zweckmäßige Methode einer zukünftigen Anlagenerweiterung, wie vom Fachmann erkannt werden dürfte.

Es ist zu erwarten, daß der Katalysator in der ersten Reaktionszone normalerweise schneller desaktivieren wird als der Katalysator in den nachfolgenden Reaktionszonen, weil zum einen die erste Reakti^onszone den in den Beschickungen vorhandenen Verunreinigungen, wie gelöstem Sauerstoff, Metallionen im v/asser und möglichen organischen Verunreinigungen, die im Acryl- ι nitril zugegen sind, ausgesetzt ist. Zwar könnten solche Ver- j unreinigungen idealerweise auf niedrige Gehalte eingependelt i werden, doch ist die Anlagenpraxis nicht ideal und Verunreinigungen werden daher gelegentlich in die Reaktionszonen eingeschlesppt.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Reaktionszonen sind vorzugsweise von der herkömmlichen Mantel- und Rohrreak-

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torausgestaltung. Der Katalysator wird im Inneren des Rohres bzw. der Rohre untergebracht und die exotherme Hydratisierungsreaktion läuft innerhalb der Rohre ab, während ein Kühlmedium durch den Mantelteil zirkuliert, um die Reaktionswärme zu entfernen und idealerweise annähernd isotherme Bedingungen im Katalysatorbett aufrecht zu erhalten. Operationen im kleinen Maßstab sind innerhalb der Lehren dieser Erfindung erfolgreich in einem aus nur einem einzigen Rohr bestehenden Reaktor durchgeführt worden, welches als Reaktionszone diente. Bin Betrieb im großtechnischen Maßstab erfordert typischerweise eine Kombination von mindestens 50 Rohren, vorzugsweise noch mehr Rohren, um die Rohrlänge bei einem praktikablen Wert für jede Reaktioiiszone zu halten.

In den Zeichnungen ist in Pig. 3 ein Verfahrensfließdiagramm einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gezeigt. So verwendet die Ausführungsform drei Reaktoren 10, 11 und 12 vom Mantel- und Rohrtyp, deren jeder ähnlich aufgebaut und von ähnlicner Größe //ie die anderen ist und sich zur Einhaltung isothermer Reairfcionsbedingungen eignet. Jeder Reaktor 10, 11 und 12 ist mit einer Vielzahl von Rohren 101, 111 und 121 entsprechend ausgerüstet, die zweckmäßigerweise in räumlich getrennter, paralleler Beziehung zu den anderen innerhalb entsprechender Ummantelungen 102, 112 und 122 angeordnet sind. Die gegenüberliegenden Enden eines jeden Rohrsatzes 101, 111 und 121 stehen in Verbindung mit einem Stutzen oder einer Kammer 103 und 104, 113 und 114 sowie 123 und 124. Kühlflüssigkeit, wie i/asser oder ähnliches, zirkuliert innerhalb -der Ummantelung en 102, 112 und 122 mittels der entsprechenden Leitungen 105, 115 und 125 und entsprechenden Kühlpumpen 106, 116 und 126, v/obei die Kühlflüssigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur mittels eier entsprechenden Kühler 107, 117 und 127 geicühlt wird, wodurch die Rohre 101, 111 und 102 bei praktisch isothermer, Kxinsxanter Vorgabeteiaperatur während des Betriebs der ReaKtoren 10, 11 und 12 gehalten werden, wie der Fachmann erkennen /vird. Jedes der Rohre 101, 111 und 121 wird mit Granulaten eines Raney-Kupfer-Katalysators in jedem Fall mit einer

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katalytischen Anfangsaktivität (wie oben angegeben) gefüllt. Dieser Katalysator liegt - wie gesagt - in Form, von Granulaten vor.

Bei Betrieb vvird wasser mittels Pumpe 14 durch eine Leitung 15, vorzugsweise im entionisierten, entlüfteten Zustand, durch, einen variablen Stromungsvorheizer 16 gepumpt, wo das Wasser auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird. Acrylnitril wird mittels einer Pumpe 17 durch eine Leitung 18 zum Vereinigungspunkt mit Leitung 19 für erhitztes Wasser gepumpt, wonach das kombinierte G-emisch durch eine Leitung 20 in' eine Kammer 105 des Reaktors 10 geleitet wird. Das G-emisch der Reaktantenmasse strömt dann durch die Rohre 101 und in die Kammer 104, aus welcher die erhaltene Reaktantenmasse mittels einer Leitung 21 in Kammer 113 des Reaktors 11 befördert wird. Die Reaktantenmasse strömt dann durch die Rohre 111 und in die Kammer 114f ! aus welcher die erhaltene Reaktantenmasse mittels einer Leitung '

22 zur Kammer 1^3 des Reaktors 12 befördert wird.' Die Reaktan- ! tenmassse passiert dann die Rohre 121 und gelangt in Kammer 124, aus welcher die erhaltene Reaktantenmasse mittels einer Leitung

23 weggeführt wird. In Leitung 23 wird die erhaltene Reaktanten-j masse zur Lager- oder einer nachfolgenden Verarbeitungsstation, ' wie einer Abtriebszone - wie hier erläutert - geleitet, um ein , erwünschtes gereinigtes Acrylamid in v/asserlösung zu erzeugen. |

Die Verwendung von multiplen Reaktoren in Reihe hat den Vorteil, nur einen Katalysator zu wechseln, der am stärksten desaktiviert ist, anstatt sämtliche Katalysatoren auszuwechseln, wie es notwendig wäre, wenn nur ein Reaktor verwendet würde. Dies verlängert die brauchbare G-esamtlebensdauer eines Katalysators in den späteren Stufen und fördert lange kontinuierliche Ansätze.

Ein zusätzlicner Vorteil wird erhalten, wenn man die Reaktoren mit Katalysatorfüllungen "rotieren" läßt, so daß der neueste, aktivste Katalysator im^ier im letzten Reaktor und der älteste, am wenigsten aktive Katalysator im ersten Reaktor sein kann. Der erste Teil der Reaktion ist eigenheitlich schnell; in der

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ersten Stufe wird daher ein hoch aktiver Katalysator nicht erforderlich. Die letzte Stufe weist die eigenheitlich geringsten Reaktionsgeschwindigkeiten auf, welche oberhalb der vorerwähnten 60 fo Umwandlung eintreten, daher wird der aktivste Katalysator am besten in dieser Stufe eingesetzt.

Um zu erläutern, wie dies geschieht, sei angenommen, daß drei Reaktoren in der Reihenfolge 1-2-3 arbeiten. Der Katalysator aus Reaktor 1 desaktiviert, daher wird er aus demSystem herausgezogen und neu einge'füllt. Während Reaktor 1 stillgesetzt ist, arbeiten die restlichen Reaktoren in der Reihenfolge 2-3. Reaktor 1 wird in das System zurückgeschaltet, so erfolgt der Betrieb in der Reihenfolge 2-3-1. Mit Verstreichen der Zeit desaktiviert Reaktor 2 und wird aus dem System herausgenommen-r Während Reaktor 2 neu beschickt wird, arbeiten die restlichen Reaktoren in der Reihenfolge 3-1. Reaktor 2 wird in das System zurückgeschaltet, so erfolgt der Betrieb in der Reihenfolge 3-1-2. Nachfolgende Zyklen setzen sich entsprechend fort.

In Fig. 4 wird ein Verfahrensfließdiagramm einer solchen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es werden hier wiederum drei Reaktoren vom Mantel- und Rohrtyp verwendet, welche jenen ±_n Vorrichtung nach Pig. 3 verwendeten ähneln können und in ähnlicher Weise wie dort numeriert sind, jedoch mit dem Zusatz von Strichzeichen, einschließlich Kühlpumpen, Kühler und damit verbundener Leitungen? sie weisen ihre entsprechenden Rohre 101', 111¹ und 121' auf, die ähnlich mit Raney-Kupfer-Katalysatorgranulaten gefüllt sind. Wasser wird aus einer Vorratsleitung 25 mittels Pumpe 26 über Leitung 27 eingefüllt, vorzugsweise in entionisiertem, entlüftetem Zustand, über einen variablen Strömungsvorheizer 28, worin das Wasser auf eine vorbestimmte Temperatur vorgeheizt wird. Acrylnitril wird aus einer Vorratsleitung 29 mittels Pumpe 30 über Leitung 31 im Verbindungsstück 50a mit Leitung 32 für erhitztes Wasser vereinigt, aus welchem die erhaltene geuiischte Reaktantenmasse in Leitung 33 eintritt. Leitung 33 steht in Verbindung mit Singangsleitung 34 des Reaktors 10 durch Ventil 35, mit Eiia-

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gangsleitung 56 des Faktors 11' durch Ventil 37 und mit Eingangs leitung 5o des lieai-ztors 12' durch. Ventil 39.

_£/e...in nan zum Beispiel üeaictor 10* als ersten Reaktor, Reaktor 11' als zweiten iteaictor und ReaKtor 12' als dritten Reaktor zu verwenden «-anseht, schließt jian bei Betrieb die Ventile 37 und 39 und öffnet Ventil 35» so daß die Reaktantennaasse oder -flüssigkeit durch Leitung 33 und Leitung 34 in und durch die RohrelOl* des Reaktors 10* und heraus durch die Ausgangsleitung 40 fließt. Leitung 40 steht mit Leitung 36 in Verbindung, das dazwischenliegende Ventil 41 ist hier geöffnet, so daß die Reaktantenniasse über das offene Ventil 41 in Kingangsleitung 36 fließt, wobei Ventil 42 geschlossen ist. Nach Passieren der Rohre Ul des Reaktors 11* tritt die Reaktantenflüssigkeit über Ausgangsleitung 47 aus. Leitung 47 steht mit Leitung 3β in Verbindung, wobei Ventil 46 zwiscnen diesen offen ist, so daß Reaktantenmasse über das offene Ventil 48 in die Ein^angsleitung 3ö fließt, wobei Ventil 49 geschlossen ist. Fach. Passieren der Rohre 121* des Reaktors 12' tritt die Reaktantenflüssigkeit über Ausgangsleitung 53 aus und in Leitung 52 ein, wobei das Ventil 55 offen und das Ventil 54 geschlossen ist.

Leitung 52 vereinigt sich mit Überführungsleitung 43, wobei Ventil 55 zwischen diesen geöffnet ist, so daß die Reaktantenmasse über .Leitung 52 in Leitung 43 von Leitung 53 und dann in einen Abtriebsbehälter 56 fließt. Anstelle des Abtriebsbehälters 56 kann aian eine zweckmäßige Destillations-, Abtriebsoder Verdampfungsapparatur oder eine Kombination derselben verwenden, wie für den Fachmann erkennbar sein wird. Aus dem Abtriebsbehälter 56 verdampftes Wasser und Acrylnitril strömen über Leitung 57 in den Kondenser 5ö und das Kondensat strömt über^: Leitung 59 in den Dekantierer 60, wo die Acrylnitril-Phase von deX? vfesserphase abgetrennt wird. Die Wasserphase wird durch Pumpe 61 über Leitung 62 zurückgepumpt zur Kombination mit der Wassereingangsleitung 25, um die Rückführung der Wasserphase zu vervollständigen, während die Acrylnitril-Phase über Pumpe 63 und Leitung 64 zurückgepumpt wird zur Kombination mit der Acrylnitril-Eingangsleitung 29, um die Rückführung der Acryl-

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-itril-Phase zu vervollständigen. Die Rückführungsmenge an /asserphase und Acrylnitril-Phase kann mittels entsprechender Ventile 6i> und 66 geregelt werden.

Die Acrylamidlösunj; verläßt die Abtriedstrommel über Leitung 67 una wird iuirbels einer Puuape 136 über Leitung 68 zur nachfolgexiden Lagerung oder einem Polymerisationsverfahren, je nach vvuasch, gepumpt.

es alternativ bei Betrieb beispielsweise erwünscht ist, Realctor 11* als den ersten Reaktor, Reaktor 12' als den zweiten Reaktor und Reaktor 10' als den dritten Reaktor zu verwenden, schließt idan die Ventile 35 und 39 und öffnet Ventil 37, so daß die Reaktantenmasse üüer -ueitung 36 von Leitung 33 in und durch die Rohre 111' des Reaktors 11' und heraus durch Ausgangsleitung

47 fließt, wobei Ventil 41 geschlossen wird. Aus der Ausgangsleitung 47 fließt eine Reaktantenmasse über das offene Ventil

48 in Leitung 38-Ventil 49 ist geschlossen- und deshalb in und durch die Rohre 121' des Reaktors 12' und heraus über Ausgangsleitung 5p. Aus der Ausgangsleitung 53 fließt die Reaktantenmasse in die Eingangs leitung 34 des Reaktors 10', wobei Ventil 55 gescnlossen wird und daher in und durch die Rphre 101' des Reaktors 10' und heraus über Ausgangsleitung 40. Aus der Ausgangsleituno-40 fließt Reactantenmasse über das offene Ventil 42 zunächst in und durch Leitung 50 und dann in Leitung 43 und in den Abtriebsbehälter 56, wo ein Abtrieb wie oben beschrieben erfolgt.

In gleicher Weise kann jede gewünschte Sequenz aus drei Reaktoren bei der praüitiscnen Durchführung dieser Erfindung verwendet werden; so kann neben obiger Arbeitsweise die Sequenz 12*, 10', 11* bei der erläuterten Ausführungsform nach Fig. 4 angewendet werden.

nenn, bei Betrieb zeitweilig für einen ge.visssen Zweck einer der Reaktoren 10', 11' oder 12' außer Dienst gestellt werden soll, können die anderen Reaktoren den Betrieb fortsetzen, tienn zum Beispiel Reaktor 11' umgangen, Reaktor 12' als erster Reaktor

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und Reaktor 10', als zweiter Reaktor verwendet werden soll, scnließt man die Ventile 37, 35 und 48, so daß die Reaktantenmasse voa Leitung 33 in Eingangsleitung 38 des Reaktors 12' und daher durch die Rohre 121* desselben und heraus über Ausgangsleitung 53 fließt. Bei offenem Ventil 54 und geschlossenem Ventil 55 wandert die Reaktantenmasse von Leitung 53 in Leitung 34 und daher durch die Rohre 101* des Reaktors 10^f und heraus über Ausgangsleitung 40. Bei geschlossenen Ventilen 41 und 49, bewegt sich die Reaktantenraasse von Leitung 40 üoer das offene Ventil 42 und leitung 50 in Leitung 43 und daher.in den Abtriebsbehälter 56, v/o ein Abtrieb vvie oben beschrieben erfolgt. In ähnlicher v/eise kann jede Sequenz aus zwei Reaktoren von einer solchen Dreireaktoren-Reihe bei der praktischen Durchfünrung dieser Erfindung verwendet werden; so können neben der oben beschriebenen ,/eise die Sequenzen 10', II¹ und II¹, 12· bei der in I¹Xg. 4 erläuterten Ausführungsform verwende/t werden.

In den Reaictoren 10, 11 und 12 bzw. in den Reaktoren 10·, 11' und 12' kann jede zweckmäßige Kombination von Rohrinnendurch- i messer und Rohrlänge, welche den oben angegebenen Verfahrensparametern genügen, verwendet werden, obwohl aus Gründen der VerfahrensZweckmäßigkeit jeder Reaktor in einer Dreierreihe mit Ronren ausgestattet wird, deren Dimensionen im wesentlichen gleich jenen, in den anderen Reaktoren einer solchen Reihe sind, j wobei nichtrostender Stahl ein zweckmäßiges Konstruktionsmaterial darstellt. Jeder Reaktor kann ein jSinzelrohr oder eine ; Vielzahl von Rohren sein. Gemäß einer bevorzugten Form des Ver- ! fahrens, wie sie in Ji¹Ig. 7 gezeigt ist, können die Rohre zum ^! Beispiel eine Länge von etwa 1,22 bis 6,10 m haben, im Quer- i

schnitt rund sein und einen Durchmesser von etwa 0,63 bis \ 10,2 cm (vorzugsweise 2,54 bis 5,08 cm) aufweisen. Die räumliche Orientierung des Reaktors ist nicht wichtig, jedoch vor- ·

i zugsweise vertikal.

Bei einer solcnen aus drei Reaktoren bestehenden Sequenz reicht , der verwendete Drucic aus, in sämtlichen Reaktionszonen den ]?lüssigphasenzustand einzuhalten.

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Die rohrförmigen Reaktionszonen sind vorzugsweise vertikal angebracht und werden parallel zueinander orientiert. Die Rohre sitzen im Inneren eines gewöhnlichen Kessels oder Mantels, durch welche ein Kühlmedium zirkulieren kann, um die durch die darin fortschreitende Hydrolysereaktion erzeugte vHrrne bei Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entfernen.

Die Kühlflüssigkeit auf der Mantelseite eines jeden Reaktors ist vorzugsweise zirkulierendes V/asser, welches die Reaktionswärme absorbiert durch Erhöhung seiner temperatur, wenn es durch den Mantel fließt. Vorzugsweise erhöht sich die Temperatur um etwa 2,7 bis 5,5 C bei Zirkulation durch den Mantel, obwohl eine solche Erhöhung von etwa O
nenfalls sogar darüber reichen kann.

wohl eine solche Erhöhung von etwa 0,55 bis 16 G oder gegebe-

Allgemeiner kann die Flüssigkeit eine Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit sein, wie eine aus den unter verschiedenen Handelsbezeichnungen auf dem Markt erhältlichen Thermalflüssigkeiten, wie Dowtherm R (Dow Chemical Co.), ausgewählte Flüssigkeit oder ein Mineralöl mit einem normalen Siedepunkt über etwa 93⁰C und einem Stockpunkt unter etwa 21⁰C.

Alternativ kann die Reaktionswärme durch eine siedende Flüssigkeit auf der Mantelseite entfernt werden, wobei sich die siedende Flüssigkeit bei konstanter Temperatur befindet, und die Reaktionswärme durch die latente Verdampfungswärme der Flüssigkeit entfernt wird. Die Flüssigkeit sollte vorzugsweise einen normalen Siedepunkt im Bereich von etwa 32 bis 66⁰C, allgemeiner von etwa 10 bis 104,4 C haben. Eine hier geeignete Flüssigkeit würde ein Fluorkohlenstoff-Kühlmedium sein, das unter der Handelsbezeichnung Freon 113 R von DuPont Company angeboten wird und einen normalen Siedepunkt von 47,6 C aufweist, oder ähnlich.

Folglich erlaubt eine rotierende Sequenz aus drei Reaktoren nicht nur einen hohen Grad an Flexibilität, sondern macht auch j eine Maximierung der Lebensdauer brauchbarer Katalysatoren ι möglich. Ein Merkmal dieser Dreireaktorsequenz besteht darin,

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daß die Temperatur der eirusjrecao-iden Stufen erhöhbar ist, wenn der katalysator iesaktiviert, so daß die UMwandlung auf einem öe.vünscliten ..;:onstanxen Niveau geiialten werden ±cann. Die Katalysatorlebensctauer vnirde enden, wenn die Umwand lung nicht beibenalten werden kann, ohne auf übermäßig hone Temperaturen zu
die we'benreaktionen hervorrufen vürden oder könnten.

Die fol₀ende Tabelle 1 faßt die Verfahrensvariablen für eine solche Dreireaktorsequenz unter den Bedingungen eines Fließgleichgewichts zusaiiiiien;

Taoelle I

J.eakti- onszone 4-4·	Variable	Ungefährer allgemeiner Bereich	Ungefährer bevorzugter Bereich
	IT-Handlung von Acrylnitril in Acrylamid (#)	15 - 45	20-40
1.	',Ό Acrylnitril 4· in Beschickung (liest ist ,nasser)	25 - 75	50-40
	stündliche Gewichts äur chsatzges chwin- digkeit	1-10	2- 6
	Temg era.tür ( 0)	57,β-121,1	71-99
	Additive Umwand lung von Acrylni tril in Acrylamid (Ti)	55 - 65	50-60
2.	stündliche G-evvichts- aurchsatzgescnwindig- keit	1-10	2- 6
	Temperatur ( G)	57,0-121,1	71-99
	Auditive Umwand lung von Acrylnitril in Acrylamid (^)	65-99	70-90
3.	stündliche Gewichts- durchsatzgeschwindig- keit	1-10	2- 6
	Temperatur (0)	49-149	02-122

kann wiedergewonnenes Acrylnitril als Hückführung aus dem Abtrieb en.tnalten

Die Beschickung für Zone 2 ist das Produkt aus Zone 1 und die Beschickung für Zone 5 ist das Produkt aus Zone 2.

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v/ejin i.an Dei der Dreireaictorsequenz iait einem außer Betrieb gesetzxen Reaktor zu fahren //anseht (aus «elcnem Grund auch iiiLder), wobei die anderen Reaktoren in Reihe bleiben, ergeben sicn vier mögliche Betriebsweisen, die unmittelbar vor Herausnahme des einen Reaktors aus dem Systerri_T beim Betrieb angewendet werden können, und zwar wie folgt:

a) Die oeiden verbleibenden Stufen können unter den gleichen Bedingungen gefahren werden, die in den ersten beiden Stufen unmittelbar vor Herausnahme des einen Reaktors vorliegen. Folge ist eine herabgesetzte Umwandlung bei gleicher Gesamtf lußgeschuvindigkeit.

b) wie uncer a), mit der Ausnahme, daß die Pließgeschwindig-.tceit des Systems nerabgesetzt wird, um teilv/eise oder vollständig den durch Herausnehmen des einen Reaktors verloren gegangenen Umwandlungsspiegel wieder herzustellen.

c) wie unter a), mit der Ausnah, e, daiä die '.Temperatur in einer oder in beiden Stufen ernöht wird, um teilweise oder vollständig den durch Herausnehmen des einen Reaktors verloren gegangenen ü'mwandlungs spie gel mieder herzustellen.

d) Kombination von b) und c).

Die folgende Tabelle II faßt die Yerfahrensvariablen für eine solche Zweireaktorsequenz unter kontinuierlichem Betrieb mit Ji¹Ii eßgleichgewicht und Verwendung der gleiehen Beschickung und Reaictorsequenz die in 'Tabelle I zusammen:

Tabelle II

Reaktionszone f

Variable

Ungefährer Ungefährer allgemeiner bevorzugter Bereich Bereich

Umwandlung von Acrylnitril in Acrylamid (>ü)

ηΌ Acrylnitril in Beschickung (Rest ist v/asser)

stündliche G-ewichts-

durchsatzgescnwinetig-

keit

Temperatur ( 0)

15 - 55

25 - 75

30 - 45

30 - 40

0,5-10 1-6

37,8 - 121,1 71 - HO

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	- 22 -	35	- 99	50	- 90
	Tabelle II Fortsetzung	0,5	- 10	1	- 6.
	Additive Umwandlung Ton Acrylnitril in Acrylamid.	49	- 149	71	- 122
2.	stündliche G-ewichts- uurchsatzgeschwindig- keit
	Temperatur (⁰C)

Die Beschickung für Zone 2 ist das Produkt aus Zone 1.

Bei der praictiscnen Durchführung der Erfindung wird es bevorzugt, Katalysatoren zu verwenden, deren Aktivität eine ausreichende Zeitlang stabil ist, um ein ziemlich ausgedehntes, technisches .Kontinuierliches Ausfahren der Hydrolyse gemäß dieser
xirfinduag ohne Katalysatordesaktivierung zu gestatten. Zum Beispiel ₃yird es bevorzugt, einen katalysator zu verwenden, wel- ■ eher mindestens etwa 75 1° seiner Anfangsaktivität behält (wie \ nach der Prozedur gemäß Beispiel 1 unten ermittelt) für einen ' Zeitraum von mindestens etwa 500 Stunden, wenn er in einer i ReaKtioiiszone einer Verfahrensausführungsform dieser Erfindung ■: zUiii Einsatz gelangt, wodurch nicht die Notwendigkeit einer
Amiebung der (normalerweise konstanten, vorgewählten) Reaktionszonentemperatur besteht.

In Ji'ig. 1 stellt Kurve A eine idealisierte Zusammenfassung aus j verschiedenen Testversuchen dar und zeigt die Beziehung zwischen Kontaktzeit (in Form des Reziprokwertes der stündlichen
G-ewichtsdurcnsatzgescnwiiidigkeit) (die Einheiten auf der \ Abszisse sind überschlagens Stunden) gegen die prozentuale Ge- j

i samtumwandluiig von Acrylnitril zu Acrylamid für ein System, wel-¹ ches einen Katalysator mit einer Aktivität von etwa 1 verwen-'det und bei welchem eine Einzelstufenreaktionszone bei etwa 1 93°G gehalten und die Hydrolyse bis zu dem Puntt einer etwa ' ÖO-proz. Umwandlung des Ausgangs-Acrylnitrils in Acrylamid
durchgeführt v/ird. Bei Umwandlungsgraden über et;wa 90 °]o ist ^: die Reaktionsgeschwindigkeit typischerweise so niedrig, daß ; höhere Umwandlungen vom Standpunkt eines hocheffizienten konti-

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nuierlicnen Verfahrensbetriebs technisch, und praktisch inattraktiv werden.

Die durch die einzelnen Kurven B-, , Bp und B-. gebildete zusammengesetzte Kurve veranscnaulicht ein Dreireaktionszonenverfahren der vorliegenden Erfindung, welches ebenfalls einen Katalysator mit einer Aktivität von etwa 1 verwendet und in welchem die erste Reaktionszone bei etwa 77 C, die zweite Reaktionszone bei etwa 88 C und die dritte Reaktionszone bei etwa 102⁰C gefahren wird. Linie G markiert das Ende der Zone 1 und den Beginn der Zone 2 und Linie E das Ende der Zone 2 und den Beginn der Zone 3» Linie D ist eine Referenzstrecice, welche die Punkte der 0-proz. und 80-proz. Umwandlung verbindet. Eine Zusatzuinwandlung von Acrylnitril in Acrylamid von 26,7 %, bezogen auf die Ausgangsbeschickung, v/ird in jeder Stufe erreicht. In der ersten Zone wird .somit eine Umwandlung von etwa 26,7 °h bei einer reziproken stündlichen Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit von etwa 0,33 Stunden erreicht. Bei gleichem r/ert der reziproken stündlichen Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit wird in der einzigen Reaktionszone eine Umwandlung von über 50 fö Acrylnitril in Acrylamid eintreten (siehe die gestrichelte Linie C in Pig. I). Ähnlich wird am Ende der Zone 2 eine Gesamtumwandlung von etwa 53 l/3 °/o erreicht (siehe gestrichelte Linie E) im Gegensatz zur , in einer einzelnen Reaktionszone erreichten Umwandlung (siehe i Kurve A), v/o eine Gesamtumwandlung von etwa 72 $ erreicht wird. Eine Gesamtumwandlung von 80 ⁰Jo .vird für beide Systeme erreicht. '

jj'ig. 2 veranschaulicht die Abhängigkeit der additiven Wärmeentwicklung von der KontaKtzeit im Falle der bevorzugten drei Zonen und auch im idealisierten Falle einer Einzelzone. Aurve ; A in Fig. 2 zeigt den Fall der Einzelzone und die zusammengesetzte Kurve B-, , B_? und B., veranschaulicht den Fall der bevorzugten drei Zonen. Diese Fig. 2 wird direkt aus Fig. 1 erhalten durch Benutzung der Beziehung: Entwickelte »/arme (1055 Joule/Std.) gleich Reaktionswärme (1055 Joule/ 0,454 kg AN) mal Beschickungsrate des Acrylnitrils (0,454 kg AN/Std.) mal Teilumwandlung von Acrylnitril in Acrylamid. (AN bezeichnet Acrylnitril).

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2 zeigt, daß iiu Fc₁IIe der rürrzelzone 65 $ der gesaraten

icfcluiig in dem ersten gleiciier Segmente der Zone eintritt (siehe Linien C and F). yO - 65 = 25 ^L/o der gesamten War-,lieent./iciclung erfolgt in dem zweiten gleicher Segmente der Zone (siehe- Linien Ji und G-) und 100 - 90 = 10 ^c)o der gesamten Wärme entwicklung tritt Im dritten der gleichen Segmente der Zone ein. Im ü-eeensatz hierzu zeigt der Dreizonenfall, daß 33 1/3 fo der gesamten iärmeent wicklung in jeder der drei gleich großen Kontaktzoiien eintritt (siehe die Linien H und I und auch die gemittelte Linie D).

Das Ungleichgewicht der Wärmeentwicklung zwischen gleichen Segmenten des Einzelzonenfalles ist direkt verantwortlich, für die Schwierigkeiten der Temperaturregelung, welche man hei Durchführung der Reaktion auf diese V/eise erfahren muß. Wärme wird aus der Reaktionszone zum Kühlmedium übertragen und entfernt, welches die Reaictionszone umgibt, mittels Leitung und durcn die Verbindung der Reaktionszone mit der Wand des die Reaktionszone umgebenden Kessels, Leitung durch die Wand des Kessels sowie Leitung und Verbindung mit der Masse des Kühlmediums. Als etwa erste Näherung ist allgemein bekannt, daß die Geschwindigkeit des v/ärme trans fers proportional der Temperaturdifferenz zwischen der Reaktionszone und dem Kühlmedium ist. Da das Kühlmedium in einer Weise arbeitet, die für die vorliegenden Zwecke der erläuternden Diskussion als nahezu isotherm zu betrachten sind, wird sich die Temperatur innerhalb der Reaktionszone selbst auf einen Wert einstellen, welcner zur erzeugten v/ärme führt, die zum Kühlmedium transportiert wird. Wenn eine große «Yärmemenge entwickelt wird, muß in jedem Segment einer Reaktionszone die Temperatur dieses Segmentes auf eine hone Temperatur ansteigen in Relation zum Kühlmedium. Wird umgekehrt eine geringe Wärmemenge in jedem Segment einer Reaktio.nszone entwickelt, wird sich die Temperatur des Segmentes eng der Temperatur des Kühlmediuias annähern. Für das Beispiel der Einzelzone aus Fig. 2 (siehe Kurve A) beträgt die in Segment 1 (vor Linie C) entwickelte Wärme 65, dividiert durch 10, oder das 6,5-fache der in Segment 3 (nach Linie E) entwickelten

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■//arme. Dc-'aer gilt als Näherung, daß die Temperaturdifferenz zwiscaen Segment 1 und Kühlmedium 6,5 mal so groß sein muß wie die Temperaturdifferenz zwischen Segment 3 und dem Kühlmedium, was zu höheren Temperaturen im ersten Segment als im dritten Segment führt.

Die folgende Tabelle III faßt den Ungleichgewichtsgrad, der zwischen den drei Zonen eintritt, zusammen:

	Tabelle III	33 33 33	1/3 1/3 1/3	Verhältnis der entwickelten ,/arme im .Einzelzonenfall zum Dreizonenfall
Kontaktzeit	Prozent entwicKielte Gesamtwärme Einzelzone Dx"eierzone	100		1,95 0,75 0,30
1. Drittel 2. Drittel Ό. Drittel	05 25 10
ius^esamt	100

Ein weiteres Kennzeicnen der Reaktion ist, daß die Umwandlungsgeschwindigkeit durch höhere Temperaturen erhöht wird, was höhere Uiavvandlungsgrade und höhere ,Wärmeentwicklung verursacht, als selbst der frühes te Pun^ct im ersten Segment des Einzelzonenfalles nahelegen würde. Daner bietet die vorliegende Erfindung ein äußerst vorteilhaftes Verfanren.

Die Erfindung wird weiter aniiand der folgenden Beispiele erläutert. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß andere und weitere Ausgestaltungen offenkundig sind und innerhalb des Geistes und liah.iiens dieser Erfindung liegen, insbesondere aufgrund der Leiiren der gegebenen Beispiele zusammen mit der anliegenden Bescnx-eibung und den Zeichnungen.

Beispiel 1

Ein -Luearctor wird ;ebildet aus einer Doppelrohr-./ärmeaustauschausrästuuig. Das innere Rohr, welches die üeaktionszone bildet, hat eine liän^e von 1,52 m und ist ein 1OS-Rohr der 304 S.S.Liste, «reiches einen Innendurchmesser von 2,79 cm und einen

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Außendurchmesser von 3,00 cm aufweist. Dieses Rohr ist "vertikal angeordnet und so ausgerüstet, daß ein Einleiten der Beschickung: am Boden und Abziehen des Produktes vom Oberteil möglich ist. Das Innenrohr ist gleichmäßig von einem Mantel umgeben, welcher aai Boden mit einem Einlaß und einem Auslaß am oberen Ende des Mantels versehen ist, um ein Öl zwecks Entfernung der Reaktionswärme zirkulieren zu lassen.

oiine Tiiermometerbohrung von etwa 3,17 mm Durchmesser ist von ooen eingesetzt und verläuft zur Länge des Innenrohres, um Temperaturmessun_r;en innerhalb der gesamten Reaktionszone möglich zu macnen.

i/enn diese Rea&tion benutzt wird, um während des Betriebs dieses Reaktors die Aktivität eines Katalysators zu bestimmen, werden Acrylnitril und -./asser getrennt aus volumetrisch geeichten Vorratsbehältern eingepumpt, kombiniert, erhitzt und am Boden des Reaktors eingeleitet. Der xteaktor wird - wenn nötig unxer Druck gehalten, um die Einhaltung des Flussigphasenzustandes zu gestatten. Das den Reaktor verlassende Produkt wird vor Reduktion des Druckes auf atmosphärischen Druck abgekühlt. Das Produkt wird in einem Aufnahmebehälter schließlich gesammelt. " ;

Die Vorratsoehälter werden eine kurze Zeit vor Beginn eines ; Versuchs mit Stickstoff gespült, um den in den Beschickungen des Reaktors enthaltenen Sauerstoff auf ein Minimum zu beschränken. ;

Proben des Produktes werden auf G-ew.-$ Acrylamid, Gew.-$ Acryl- ' nitril und G-eM.-jo "Wasser zwecks Bestimmung der Umwandlungs-.spiegel analysiert (basis: 100 Gew.-$ G-esamtproduktgewicht).

Die Prozedur zur Bestimmung der Jiatalysatoraktivität ist wie folgt: Ein abgemessenes Katalysatorgewicht wird in einen rohrfor.iiigeii Reaktor gefüllt und eine Reihe von Tests, wie zuvor bescnrieDen, gefanren. Die Tests v/erden bei unterschiedlichen Kontairfczeiten durchgeführt, wobei alle anderen Variablen wie

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folgt konstant gehalten werden:

1) Das arithmetische Mittel der Katalysatorbettemperatur bei 99⁰C.

2) Beschickungszusaiauiensetzung auf 100 Gew.-%-Basis: 35 Gew.-$> Acrylnitril und 65 Gew.-^Wasser.

Die Kontaktzeit wird reziprok gemessen als stündliche Gewichts durchsatzgescüwindigkeit (,/HSV), welche definiert ist als stündliche Gevvichtsbeschickungsrate, dividiert durch Katalysatorgewicht, in der Reaktionszone.

Die Kontakt zeiten werden variiert, um einen Umwandlungsspiegel von 80 fo einzukreisen. Die für 80 ⁰Jo Umwandlung erforderliche i/HSY (WHSVqq) wird durch graphische oder statistische Interpolation abgeschätzt. Die Katalysatoraktivität (a) wird dann aus dem folgenden Ausdruck berechnet:
a = 0,6

Die Bereiche für die Katalysatoraktivität sind an/derer Stelle angegeben worden. Sämtliche Y/erte für die Katalysatoraktivität sind in dieser Anmeldung nach dem in diesem Beispiel beschriebenen Verfahren gemessen v/orden.

Die WHSV-Werte im Bereich von 0,4 bis 6,0 sind brauchbare Ausgangspunkte, um die für 80 fo Umwandlung ( /HSV₈₀) erforderliche Durchsatzgeschwindigkeit einzukreisen, wobei letztere eine Abkürzung für die für 80 ⁰Jo Umwandlung benötigte stündliche Gewicht sdurensatzgeschwindigkeit ist.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung eines zur Hydratisierung von Acrylnitril zu Acrylamid nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Katalysators.

Kleine Gußblöcke aus einer 50 ^cß> Kupfer- 50 ⁰Jo Aluminium-Legierung werden unter Verwendung eines Walzenbrechers zerkleinert und gesiebt, um einen l'eilchengrößescnnitt von 2,36 - 3,33 mm aus dem Bruch zu ernalten. Diese 2,36 - 3,33 mm großen Legie-

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rungsteilcien v/erden dann rait kaustischer Soda miter Bildung eines granulierten Raney-AU. ;>fer-Katalysators durch die folgende Prozedur aktiviert:

Äln iteaKtionskessel von annänernd 113» 5 iiitern, welcher mit eiiie.ü .-linlxuantel und einem Rührer ausgerüstet ist, wird mit etwa 2,95 kg der 2,56 - 3,53 mra Legierungsteilchen, 30,4 kg entionisiertem Wasser und etwa 36 g gelöster Gluconsäure gefüllt und der Kessel bei etwa 30°C gehalten. Kaustische Soda in J?orm einer wäßrigen Losung τοπ 50 G-ew.-fo NaOH .vird dann zum Gemisch in den Kessel unter Rühren kontinuierlich über einen 5-otundenzeitraum zugegeben, so daß insgesamt 12,03 kg 50 yüger Natronlauge somit zum Kessel bei der angegebenen Temperatur gefügt werden. Nachdem die Zugabe der Natronlauge beendet ist, wird der Kessel noch weitere 5 Stunden unter Rühren gehalten. Während der gesamten Aictivierungsperiode wird die Temperatur der Flüssigkeit in dem Kessel durch Einregulierung der Geschwindigkeit des Kühlmittels zum Kesselmantel aufrecht erhalten.

Die so hergestellten Raney-Kupfer-Granulatprodukte werden gewascnen, bis aas wasanlasser ein neutrales pH zeigt. Diese gewaschenen Produxtgranulate werden gesiebt, um kleinere l^einteile als 0,83 iml zu entfernen und dann unter entionisiertem Jasser gelagert.

Bei Bewertung der katalytischen Hydrolyseaktivität in der in Beispiel 1 beschriebenen V/eise, wird für dieses Material eine Aktivität von eWa 1,0 gefunden.

Beispiel 3

Kleine Gußblöcke aus 50 ⁰Jo Kupfer- 50 % Aluminium-Legierung ; werden unter Verwendung eines V/alzenbrechers zerkleinert und gesiebt, um einen Teilchengrößeschnitt von 2,36 - 3,33 mm aus ' dem Bruch zu ernalten. Diese 2,36 - 3,33 mm großen Legierungs-

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teilcnen werden dann mit kaustischer Soda unter Bildung eines granulierten Raney-jiupf er-Katalysators nach der folgenden Arbeitsweise aktiviert.

jiin iteaictiorisicessel von annähernd 11p, 5 Liter, welcher mit eine.a Kihliaantel una eine α Rührer ausgestattet ist, wird mit etwa 6,dl kg einer 25-gew.-proz. ifaOH-Lösung gefüllt. "Etwa 18 g G-iuconsäure werden in dieser Lösung gelöst. Das Lösungsprodukt wird Dei etwa 21 G gehalten; es werden insgesamt etwa 1,36 kg der oben hergestellten Legierungsteilchen zu dieser Lösung über einen Zeitraum von etwa 1,5 Stunden unter Rühren zugegeben. Danach wird aas Rühren des erhaltenen Systems für eine weitere Zeitspanne von etwa 2,5 Stunden fortgesetzt. Das Molverhältnis von NaOxI zu Aluminium wird auf etwa 1,69 abgeschätzt. Die Temperatur des Systems wird während der gesamten Prozedur im Bereicn von etwa 20 - 27°C gehalten.

Die so hergestellten Raney-Kupfer-Produktgranulate werden gewaschen, bis das V/aschwasser ein neutrales pH zeigt. Diese gewaschenen Granulatprοdukte v/erden gesiebt, um kleinere Peinteile als 0,83 iml zu entfernen, und dann unter entionisiertem Wasser aufbewahrt.

Wenn auf katalytisch^ Hydrolyseaktivität in der in Beispiel 1 beschriebenen v/eise geprüft wird, wird für dieses Material

eine Aktivität von etwa 0,3 gefunden. '

Beispiel 4
Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren mit Einzelreaktionszone

bei niedriger Temperatur und niedriger Umwandlung. ί

Der verwendete Reaktor entspricht dem in Beispiel 1 beschriebenen. Die Verfahrensvariablen und Versuchsergebnisse sind wie ; folgt zusammenzufassen.! '

Tabelle IV

liatalysatorgewicht 1060 g i

Katalysatorgröße 0,833 - 3,33 mm

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- 30 Tabelle IY (Fottsetzung)

Katalysatox'aktivität 1,0

Katalysatortyp Raney-Kupfer

WHSV 0,61

-jo AGlM in Beschickung . 34,6

Manteltemperatur 68,3 - 68,9°G

IIittlere Badteiaperatur ,G 76,7

Oloere Badteiaperatur, G 7ö,3

Umwandlung von ACK in AM (fo) 60

Konäentx-ation des Ali im

Reaktorprodukt (yu) 28

Der verwendete Katalysator ist der in Beispiel 2 oben hergestellte.

Dieses Beispiel zeigt, daß eine verbesserte Temperaturregelung ' erreicnt wird. Man beachte, daß die Höchsttemperatur nur 16,65°G oberhalb der iiinimaltemperatur liegt. Die Konzentration an \ Acrylamid (AM) im Reaktionsprodukt beträgt jedoch nur 28 fo ' (was eine verhältnismäßig verdünnte Lösung bedeutet) und auch die Umwandlung beträgt nur etwa 60 fo.

Beispiel jj)

Dieses Beispiel erläutert eine Multizonen-Umwandlung.

In diesem Beispiel entspricht der verwendete Katalysator dem in Beispiel 2 oben hergestellten; es wird ein Umwandlungsverfahren mit drei üeaktionszonen gemäß den Lehren dieser Erfindung durchgeführt, jedoch unter Verwendung des Reaktors aus Beispiel 1. Die Arbeitsweise umfaßt den Betrieb dieses Reaktors zunächst mit einer -tf-eaicfcio„szone, die eine Zone 1 oder Stufe 1 simuliert; der Reaktorausfluß wird gesammelt und aufbewahrt, mit Ausnahme des Reaktorausflusses während des Anfahrens und der Betriebsbedingungen des Stillsetzens, welcher verworfen wird. Dann wird der gleiche Reaktor unter den Bedingungen einer Stufe 2 oder zweiten Reaktionszone gefahren und der so erzeugte Ausfluß gesamjielt, ausgenommen - wie zuvor - der Ausfluß im Anlauf- und

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Stillsetzungszustand, v/elcher verworfen wird. Schließlich wird der iteaktor unter den Bedingungen einer Stufe 3 oder dritten lieaicxionszone unter Verwendung des unxer den Bedingungen der zweiten lie actions zone gesauiißelten Ausflusses gefahren.

So'mit wird ein erster Versuch für eine Stufe 1 unter Verwendung von Acrylnitril und rfasser als Beschickung unternommen. Das Produkt unter den Bedingungen der Stufe 1 wird gesammelt und dekantiert, um die beiden vorhandenen Phasen zu trennen. Die nächste Einstellung der Bedingungen für eine Stufe 2 wird vorgenommen unter Verwendung des Produktes aus Stufe 1 als Beschicioing. Die beiden Phasen werden in den Reaktor mit zwei Pumpen (eine für jede Phase) im gleichen Verhältnis, wie sie in' Stufe 1 erzeugt worden sind, gegeben. Das Produkt aus Stufe 2 ist eine einzige Phase. Dieses Produkt aus Stufe 2 wird als Beschickung für eine dritte' Reaktorstufe verwendet. Die Variablen und Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle V zusammengefaßt:

Tabelle V ^11est Stufe 1 Stufe 2 Stufe

fflSV 3,10 3,18 3,10

G-esamtbeschickungs-Masse

Acrylnitril	37,6	25,5	16,7
Acrylamid	0,0	17,9	30,6
!fässer	62,4	56,6	52,7
Manteltemperatur	73,3-74,4	83,3-83,9	93,9-96,1
Mittlere Bettemperatur	83,9	90,6	100,6
Obere Bettemperatur	86,1	92,2	102,8

Additive Umwandlung

von ACN in AM (#) 36 59 82

Die Acrylamid-Konzentration im Endprodukt beträgt 41 $ und die des Acrylnitrils etwa 7 ⁰Jo (jeweils Gew.-^).

Dieses Beispiel zeigt viele der erfindungsgemäßen Vorteile.

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- 52 -

Beispiel 6

Dieses Beispiel veranschaulicht die ocnwierigkeiten der 'temperaturregelung in einem jiinzelzonenverfahren.

Ks wird ein wie in Beispiel 1 beschriebener iieaktor verwendet. Der iieaktor v/ird mit 1040 g Raney-liupfer-Katalysator mit einer Aktivität von etwa 0,ö und einem G-x-ößenbereich von 0,85 5,55 mm gefüllt; dieser Katalysator »vird ähnlich dem in Beispiel 2 (oben) hergestellt. Die Variablen und Ergebnisse für jeden der beiden Testversuche unter Anwendung dieses gleichen Katalysators sind wie folgt:

Variable

WHSV

fo ACN in Beschickung Manteltemperatur ( C) Beschickungstemperatur (^UC) Mittlere Bettemperatur ( C) Obere Bettemperatur (⁰C) Umwandlung ACN in AM ~ Konzentration des AM im Reaktorpro dukt

Tabelle	VI	Versuch A	Versuch B
	0,95	0,98
	55,9	54,1
	98,5 - 98,9	98,5 - 98,9
	28,9	58,9
⁰C)	105	107,2
⁰O	110,6	114,4
	95	90
*(S)*

42

41

ACN = Acrylnitril AM = Acrylamid

as wurde gefunden, daß die isothermen Bedingungen bei der gewünschten Bettemperatur von 104,4 C durch Ändern ent «^re der der Mantel- oder Vorheiztemperatur nicht eingestellt v/erden konnten, jjlin Temperaturmaxiiauui voxi 5,55 - 10 C über aen ie /ünschten 104,4 C tritt allgemein in einem Abstand von 25,4 - 40,6 cm vom Beschickungseinlaß in uas Bett auf.

Beispiel 7

Dieses Beispiel veranschaulicht die exotherme Reaktion unter adiabatischen Betriebsbedingungen und Verwendung einer einzigen

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- 33 Reaktionszone.

Der Reaktor aus Beispiel 1 wird modifiziert, um einen adiabatiscnen Betrieb zu ermöglichen, indem das Öl aus dem Mantel abgezogen und der Hantel evakuiert wird, um den //armetransfer auf ein Minimum zu beschränken. Der verwendete Katalysator ähnelt dem von Beispiel 2. Außerdem werden die Mantel- und Reaktorendfen mit zwei Schichten aas Steinwolle-Isolation von 2,54 cm isoliert, ιΐάη elektrisches Heizband wird zwischen den Isolationsschicnten insxalliert. Thermoelemente werden zwischen der Innenschicht der Isolation und der i.iantelwand installiert.

,länrend aes Betriebs der ^inxieit -..vird der Strom für das elektriscne Heizoand so eingestellt, ciaii die Tempera tür differenz Zwischen aem elektrischen Band und dem i-üantel auf ein Llinimum bescrirän.-:t blüibt. jjies nält .,^.rmeverluste aus der Einheit auf eineiii Uinimaiu an α gestattet weitgehend annähernd adiabatische B:jxrie bs oeai.agu.i ..gen.

Vüi'xaiirjiisve..riablen und iir^ebnisse ..'oräan ./ie folgt zusam- »^ JL hX iiJ G ·

Ti-Dej.i.ü "VII

>-.rcivi~c;.lt 0,4

Xatalysatorfüllung (^) 550

^iatalyscttor^roide 0,o3 — 3,33 γίπι

.„ioV 1,99

Be s c hi c ioiiig (-jo)

Acrylxiitril 24,7

./c. s.b er 75,3

Brt'üxe α per a tür en ( ü)

76,7 .vadlab 13c-, 1

ι" £ von ACL in AU (,i) J2

ϊί jn>_;jsilt cation des All ia Proctuict (yo) 2o,d

Die uaiabatisciie ,liCÄlaagstev.jeratur ist tatsächlich in „littel 25 vJ nieari^er als aie uantelniillenteniperatur. Hieraus und aus usr ^eaciiäxzten ,/äruieleitfähi^iceit aer Isolation von 1,07 .ccal/-ü η J ist abzaacniitzeti, daa nur etwa 11 '/ο der Reactions-

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BAD ORIGINAL

- 34 wärme durch. Leitung aber die Isolation verloren werden.

Auf Basis dieser Daten v/ird die Reaktionswärme auf etwa -2ö3»b kcal/icg Acrylnitril geschätzte

Diese Prozedur zeigt, daß die Reaktion stark exotherm ist. belDst bei derartig verhältnismäßig hohen Reaktionstemperatüren vvird lediglicn eine etwa 27-proz. Konzentration erhalten, was für die gegenwärtigen Zwecke unbefriedigend ist.

Beispiel 6

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung einer verdünnten Acrylnitril-LÖsung als Beschickung für einen Einzelreaktor.

Der Reaktor entspricht dem in Beispiel 1 beschriebenen. Der Katalysator ist dem aus Beispiel 2 ähnlich. Die Variablen und Ergebnisse werden in i'abelle VIII unten zusammengefaßt:

^fjabelle VIII

Katalysatoraictivität

G-ewicht der üatalysatorfüll.ung

./HSV

Beschickung (fi)

Acrylnitril

V/a s s er

Mittlere Bettemperatur ( C)
Umwandlung von ACM in A-I (~/o)
Konzentration des AM im Produkt (%)

O	960	4	,7
9	S
91	,9
96
80
10	,1

!eis ist möglich, eie lieaKxionsteinperatur scharf zu regeln; die i Acrylamid-Konzentration in dem Produkt beträgt jedoch nur etwa 10 ^L/a, was für die gegenwärtigen Zwecke unbefriedigend ist.

Beispiel 9

Dieses Beispiel veransenaulicht die überraschend große Umwandlungsgeechwindigkeit zwisenen 0 und 30 °/o Umwandlung in Vergleich zur Umwatidlungsgesch/vindigkeit über 60 ^L/o Umwandlung. _;

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Der verwendete Reaktor entspricht dem in Beispiel 1 beschriebenen, der verwendete Katalysator ähnelt dem in Beispiel 2 beschriebenen Katalysator und weist eine Anfangsaktivität von etwa 1,0 auf. Etwa 1059 g eines solchen Katalysators werden in ! denReaktor gegeben.

Die folgenden Versuche werden bei unterschiedlichen Kataly- ! satorkontaktzeiten durchgeführt, wobei alle anderen Variablen im wesentlichen konstant gehalten werden.

	Temperatur	Tabelle	IX	⁰Jo Umwandlung
Test	(⁵G)	Kontaktzeit	°/o Acrylnitril	zu Amid
	88,9	oder 1/WHSV	in Beschickung	65,0
A	87,8	0,62	34,2	81,6
B	87,2	1,27	34,3	30,9
C	0,155	34,4

Die Daten zeigen, daß zwischen 0 und 30 ⁰Jo Umwandlung die Umwandlungsrate mit einem Mittelwert von etwa 200$/h. fortschreitet, während zwischen 65 und 80 °/o Umwandlung die Umwandlungsrate praktisch auf ein Mittel von nur etwa 25 fo/h herabgesetzt wird.

Beispiel 10

Die Hydratisierung von Acrylnitril zu Acrylamid wird in einer in Reihe gescnalteten Dreirealetoranordnung identischer Reaktoren vorgenommen. Jeder Reaktor besteht aus Mantel- und Rohrausstattung und besitzt multiple Rohre, welche von je 3,81 cm Durchmesser und 2,43 m Länge sind. Die Rohre eines jeden Reaktors sind zueinander parallel orientiert und räumlich voneinander in einem 4,76 cm-Dreieckssteigmuster entfernt. Die Rohre eines jeden Reaktors sind im Inneren eines gewöhnlichen Mantels untergebracht, welcher mit Einlaß- und Auslaßdüsen zur Zirkulation von wasser ausgestattet ist, um eine Wegführung der Reaktionswärme zu ermöglicnen. Die in jedem Reaktormantel montierten Rohrboden sind offen zu einer gewöhnlichen Bodenkammer,

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in welciie aie Reaittanten für jede Stufe eingeleitet v/erden. Die Oberteile der Ro/ire, welcne in jedem Reaktor montiert sind, öffnen sich in eine gewöhnliche Kopfkammer, aus welcher das Produkt aus jedem Reaktor abgezogen wird. Die Reaktoren sind in einer btellung montiert, welcne auf die Achsen der parallelen Rohre in einer pra-ctisch vertikalen Position ausgerichtet ist.

Die Bodemcajiüier der Reaktoren ist mit 1,27 cm großen inerten Aluminiujioxid-Kugeln gefüllt, vvelche als Träger für den Katalysator dienen. Sin Raney-Kupfer-Katalysator des in Beispiel 2 hergestellten Typs mit einer Aktivität von etwa 1,0 wird innerhalb der Rohre jedes Reaktors untergebracht, wobei von oben nach unten gefüllt wird.

Jeder Reaktor ist mit einem Kühler und einer Zirkulationspurape ausgerüstet, welche in einer v/eise untereinander verbunden sind, daß eine Zirkulation des Wassers durch jeden Reaktormantel möglich ist, wie in Figo 3 gezeigt witrd. Kontrollstellen sind vorgesenen, um eine scharfe Kontrolle der Temperatur des zirkulierenden tfassers zu ermöglichen.

Das -rteaktorsysteiii ist auch mit zwei gesonderten Pumpen zur BeschicKung mit Acrylnitril und Wasser in den ersten Reaktor ausgestattet. Ein Vorvifärmer ist ebenfalls vorgesehen, um die frische Wasser-Reaktantbeschickung auf einen vorgesehenen /i/ert vorzuwärmen.

Acrylnitril und «wasser werden mittels entsprechender Zuführungspumpen in den ersten Reaktor gepumpt. Die entsprechenden Gescnwindigkeiten, mit welchen sowonl Acrylnitril als auch '.fässer eingepumpt werden, werden so eingestellt, daß sich eine G-esamtbeschictiungsgescnwindigkeit ergibt, welche zu etwa 3,0 .7HSV in jedem Reaictor führt. Die einzelnen Beschickungsgesch.vindigiCeiten für .iasser und Acx-ylnitril werden so eingestellt, daß sich eine G-esamtbeschicicung an f riscner Masse von 35 G-e,. .-$ Acrylnitril und 65 G-evv.-Tö >,^:asaer ergibt. Der Vorwärmer für die Prischwasoerbeschicicung ist so eingestellt, äaß die Temperatur dar i:o-;ibinierten Beschickungen, die in den ersten Reaktor itom .en, 76,7⁰^ Deträgt.

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Der Ausfluß aus dem ersten Reaktor wird als Beschickung für den zweiten Reaktor und der Ausfluß aus dem zweiten Reaktor als Beschickung für den dritten Reaktor verwendet.

,fasser wird in dem Mantel eines jeden Reaktors zirkuliert. Die Temperatur des durch jeden Reaktormantel zirkulierenden ,Cassers wird einzeln so eingestellt, daß man die gewünschte Temperatur im Katalysatorbett jedes Reaktors erhält und einhält. Auf diese v/eise erfolgen die Einstellungen so, daß im Katalysatorbett des ersten Reaktors eine mittlere Temperatur von 76,7°C, im katalysatorbett des 21 v/ei ten Reaktors eine mittlere Temperatur von ö7,8 G und im Katalysatorbett des dritten Reaktors eine mittlere Temperatur von IUl,7 G ernalten wird.

"Das gesamte Reaktorsystem wird unter β kp/cm zwecks Einhaltung des Flüssigphasenzustandes gehalten.

Nach Erreichung des Pließgleichgewichtszustandes betragen die additiven Umwandlungen von Acrylnitril zu Acrylamid etwa 27 fo beim Produkt im Reaktor 1, etwa 53 fo im Reaktorprodukt 3 und etwa öO io im Endprodukt aus dem dritten Reaktor.

Das Endprodukt aus dem dritten Reaktor stellt annähernd 38 fo Acrylamid, 7 fo Acrylnitril und 55 fo wasser dar. Es sind keine Verunreinigungen in Mengen gleich oder größer als 0,1 fo festzusteiLen.

Beispiel 11

Die Hydratisierung von Acrylnitril zu Acrylamid vvird in der Dreireaictoranordnung von Baispiel 10 durchgeführt. Ein dem aus Beispiel 3 ärmlicher Raney-Kupfer-Katalysator wird zur Füllung der xiohre der drei Reaktoren verwendet. Der angegebene Katalysator besitzt eine Aktivität von annähernd 0,3.

Acrylnitril und ./asser werden mittels entsprechender Beschickungspumpen in den ersten Reaktor gepumpt. Die entsprechenden Gescnv/indigiceiten, mit welchen jede der Acrylnitrilurxd r/asserbeschickungen eingepumpt wird, v/erden so eingestellt,

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daß sich, eine G-esamtbeschickungsgeschwindigkeit ergibt, die zu einem /HSV "von etwa 3>O in jedem Reaktor führt. Die einzelnen BeschicKungsgesciiv/indigkeiten für Wasser und Acrylnitril werden so eingestellt, daß man eine G-esamfbeSchickung an frischer Masse von 35 G-ew.-^o Acrylnitril und 65 Qew.-fo Wasser erhält. Der

Vorheizer für die Irischwasser-Beschickung wird so eingestellt, daß die !Temperatur der kombinierten Beschickungen in den ersten Reaktor 93,3°C beträgt. !

Der Ausfluß aus dem ersten Reaktor wird als Beschickung für den ^: zweiten Reaktor und der Ausfluß aus dem zweiten Reaktor als Beschickung für den dritten Reaktor verwendet.

iasser wird in dem Mantel jedes Reaktors zirkuliert. Die Temperatur des durch jeden Reaktormantel zirkulierenden Wassers wird einzeln eingestellt, so daß man die gewünschte Temperatur im katalysatorbett jedes Reaktors erhält und einhält. Auf diese ",/eise erfolgen die Kins τ eilungen so, daß man im Katalysatorbett des ersten Realtors eine mittlere Temperatur von 93*3 G, im j ■Katalysatorbett des zweiten Reaktors eine mittlere Temperatur ; von 107,2⁰C und im .katalysatorbett des dritten Reaktors eine I mittlere Temperatur von 121,1 G erhält. ,

Das gesamte Reaktorsystem wird unter d kp/cm gehalten, um den Flüssigphasenzustand einzuhalten.

Nach Erreichung des Zustands des Fließgleichgewichts beträgt die additive Umwandlung von Acrylnitril in Acrylamid etwa 27 fo im Reaktorprodukt 1, etwa 53 ^cß> im Reaktorprodukt 2 und etwa öO io im Endprodukt aus dem dritten Reaktor.

Das Endprodukt aus dem dritten Reaktor stellt etwa 38 ⁰Jo Acrylamid, 7 '/o Acrylnitril und 55 fo "'Yasser dar. Bs werden keine Verunreinigungen in Kennen gleich oder größer als 0,1 ⁰Jo ermittelt.

Beispiel 12

Im Laufe des Betriebs des Verfahrens nach Beispiel 11 wird Reaktor 1 zur wartung aus dem Betrieb herausgenommen. Die Reak-

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"toren. 2 und 3 setzen den Betrieb unter modifizierten Bedingungen fort bei reduzierter Effizienz. Der gleiche Katalysator aus Beispiel 11 mit einer Aktivität von. 1,0 bleibt in. den Reaktoren 2 und 3 im Einsatz.

Die gleicnen BeschickungsgeschwindigKieiten aas Beispiel 11 werden für Acrylnitril und v/asser "benutzt. Die Frischbeschickung gelangt in Reaktor 2. Der Ausfluß aus Reaktor 2 bildet die Beschickung für Reaktor 3·

Die Temperatur des zirkulierenden V/assers in Reaktor 2 wird herabgesetzt, um eine mittlere Katalysatorbettemperatur in Reaktor 2 von etwa 82,2 G zu erreichen. Ähnliche Einstellungen erfolgen in Reaktor 3> um eine mittlere Bettemperatur von etwa 96,1⁰C zu erreiciien. Der Vorwärmer wird so eingestellt, daß sich eine Eintrittstemperatur der kombinierten Beschickung in Reaktor 2 von etwa Ü2,2°C ergibt.

Nach Erreiciien des Fließgleichgewichtsbetriebs ist das Acrylnitril in. der Beschickung zu etwa 35 °h im Reaktorausfluß aus Reaktor 2 zu Acrylamid und etwa 70 ⁰Jo sind zu Acrylamid im Bndprodukt aus Reaktor 3 umgewandelt worden. Die Zusammensetzung des Endproduktes beträgt annähernd 33 °h Acrylamid, 11 tfo Acrylnitril und 56 io Wasser.

Beispiel 13

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung eines Abtriebs, um ein Reaktionsprodukt zu konzentrieren und unumgesetztes Acrylnitril zu entfernen.

Eine kontinuierlich arbeitende Abtriebseinheit wird durch Ausrüstung eines 10-Liter-Harzkolbens mit einem elektrischen Heizmantel, einem Rührer, Temperaturanzeige, Vakuummesser und Vakuumpumpe aufgebaut. Maßnahmen und Mittel sind vorgesehen zur kontinuierlichen Einleitung von Beschickung und zum Abziehen von Produkt. Die Dämpfe werden durch eine Vigreaux-Kolonne obernalb des Koluens geschickt und außerhalb kondensiert.

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Ein nach Beispiel 5 hergestelltes Produkt mit der folgenden Analyse wird in dieser Einheit destilliert:

Bestandteil " Gew.-% (Basis: 100 &β·Λ.-$)

57,	O
ö,	O
34,	3 .

Acrylnitril
Acrylamid

Die Beschickung wird kontinuierlich in die Einheit geleitet und die Heizgescnvvindigkeit für die Einheit so eingestellt, daß eine gewünschte Menge Acrylnitril und ,'/asser abgetrieben wird.

Der Harzkolben wird während der Destillation annähernd halbvoll mit Flüssigkeit gehalten. Die Temperatur der Flüssigkeit in dem KoIDen v/ird während des Betriebs der Einheit bei 68-70 C genalten, indem u.an ein Vakuun von 55 Torr auf rechthält.

Die Kopfprodukte trennen sich nach Kondensieren in zwei Phasen. Es -vird eine 350-430 ein /h wasserreiche Phase und 130-200 cm /h Witril-reiche Phase gesandelt. Die zusammengesetzte Produktprobe A'ird analysiert und zeigt die folgende Zusammensetzung:

•Bestandteil G-ew.—/o (Basis: 100 G-ev7.-yo)

Waaser 54,3

Acrylnitril 0,4

Acrylamid 45,2

,i'eni-i'er als etwa 0,1 G-e.v.-ye Nebenprodukte oder Verunreinigungen werden in der Acrylamid-Losung durch G-asphasenchromatographie bestiiiLi.it.

Das Produkt aus diesem Ansatz and anderer ä.hnlicher Versuche wird erfolgreich zur Herstellung hochwertiger Acrylanid-Polyiiierer und Gopolymerer des Acrylanids und Νε-.triumacrylats verwendet.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. "Verfanren zur katalytischen Hydrolyse von Acrylnitril zu Acrylamid im !Flüssigpnasenzustancl, dadurch gekennzeicunet, daß iiian kontinuierlich in Reihenfolge durch mindestens ζ v/ei ronrförmige Reaktionszonen in Sperrflußweise eine flüssige Reaictanteiioeschickung leitet, welche aus etwa 25 "bis 75 Gew.-^o Acrylnitril uria etwa 75 bis 25 Gew.-^ ,/asser, bezogen auf 100 Gre-'.-yö Gesamtreatctantenbeschickung, Desteht, ,/obei jede dieser Reajrtiouszonen ein Katalysatorfestbett enthält mit einer Anfangsakxivität von mindestens etwa 0,25, bezogen"auf eine Auschickung von 35 Ge.'/.->& Acrylnitril und 65 Gew. -fo V/asser

(i3asis: Gesamtmasse), unter Verv/eridung eines Katalysatorbettvoluüiens von et v/a β20 cm und einer stündlichen Gev/ichtsdurchsatz-

(,-/eight hourly space velocity), welche zur Erzielung von du 'ρ Umwandlung von Ac±"ylnitril in Acrylamid ausreicnt, »/ooei dieses Verfahren iiu wesentlichen isotherm bei Temperaturen i.ii Bereich von etwa 37 bis 149 C und mit einer stündlichen Gev/ichtsdurchsatzgeschwindigiceit des Systems im von etwa ü,l bis 10 Stunden"" durchgeführt wird, die

Beziehung zv/iscxieri der stündlichen Gewich'tsdurchsatzgeschwindigkeit una der entsprechenden Temperatur in jeder dieser Raktionszonen so eingestellt wird, daß die PxOzente Umv/andlung von Acrylnitril in Acrylamid in jeder dieser Reaktionszonen etwa

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das 0,5- "bis 1,5-fache der G-esamtumwandlung des Systems, dividiert durch die Gesamtzahl dieser Heaktionszonen, ausmachen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

aaß zwei, drei oder vier dieser Seaktionszonen verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in Form, von Teilchen eines Größenfoereichs von etwa 0,25 Ms 12,5 mm verwendet wird.

4.. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Katalysator in Form, von- Teilchen eines G-rößenbereiches von etwa 0,5 Ms 7,6 mni verwendet.

5. Verfanren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Katalysator ein kupferhaltiger Katalysator ist.

6. Verfanren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, ^; daß dieser Katalysator ein Raney-Kupfer-Eatalysator ist.

7. Verfanren nach einem, der vorneri_;i;en Ansprüche, da- ⁽ durch gei-cennzelehnet, daß dieser Katalysator eine solche Anfangsaktivität von etwa 0,25 Ms 2 aufweist. · I

Ö. Verfanren nach einem der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch : ^eiienmseichnet, daß dieser Katalysator eine solche Anfangs- ; aktivität von etwa 0,45 Ms 1,5 aufweist. !

9. Verfanren nach einem der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stündliche Gewichtsdurchsatzgescliwindigkeit des Systems im Bereich von etwa 0,5 Ms 2 liegt.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aie Temperaturen im Bereich von etwa 65° Ms 127 C liefen, jede dieser Heaktionszonen bei einer im wese^-tlicnen konstanten Temperatur und jede nachfolgende Reaktionszone bei einer höheren Temperatur als die vorangehende ileaktionszone gehalten wird.

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11. Verfahren nach einem d'er vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtunwanälung des Systems zwischen mindestens etwa 60 und 75 °k liegt.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene flüssige Produktmischung dem Abtrieb bzw. einer Destillation unterworfen wird, um unumgesetztes Acrylnitril hieraus zu entfernen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dieses rückgewonnene Acrylnitril wieder in mindestens eine dieser Reaktionszonen zuräckgeleitet wird.

14· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Abtreiben bei 'Temperaturen im Bereich von etwa 37,8 bis 100 C und Drucken im Bereich von etwa 50 bis 760 Torr erfolgt.

15· Verfahren nach Ansprucn 12, dadurch geKennzeich.net, daß das durch Abtrieb benandelte Produkt auf 100 Gew.-$-Basis etwa 40 bis 60 Gew.-% Acrylamid und etwa 60 bis 40 Gew.-$ y\iasser entnält.

16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der stündlicnen Gewichtsdurchsatzgeschwindigiceit und Temperatur einem y/ert im Bereich von U,7 bis 1,3 entspricht.

17· Verfanren zur Hydrolyse von Acrylnitril zu Acrylamid mit einem Festbetticatalysator, dadurcn gekennzeichnet, daß man kontinuierlicn in xlei/j.eufol^e norch drei rohrformige Reaktionszonen im wesentlicnen isotherm und im i'lissigphasenzustand bei einer stii-idlicnen Ga-Yichtsdurchsatz^escm/indigkeit im Bereich von etwa 0,1 bis 10 Stunden" eine Reaktantemiasse leitet, welcne aus etwa 25 bis 75 G-e.·/.-¹/ Acrylnitril und etwa 25 bis 75 Ge;v.-7b ■//-,.aser, bezogen auf 100 Gev/.-^ Gesamtmasse, besteht, ,/oDei nach Passieren der ersten Reactions zone eine Umwandlung von Ausgangs-Acrylnitril in Acrylamid von etwa 15 bis 45 fo_f nacn Passieren der zweiten Reacti ο us zone eine Umv\/andlung von

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in Acrylamid von et v/a 35 bis 65 yo uuc nach Passieren o.er driften iiea^tioaszone sine U· Κ/andlung toü Ausva;a_os-AC'.'^j.iiitril in Acrylaaia von et-,-<a 65 bis 99 70 erfolgt, jede dieser iuia^tioisZOiien ein Bstt aas Ji.-ine.y-iCupfer-K-:--talysaxor suf v/eist, welcher eine Katalytisch^ Anfangsaktivität von .iiinaesxens etwa 0,25 oesLtzt, Dezogen -uf eine Ausgangsbeschicicung aus 35 G-e■.■/.->& Acrylnitril und 65 G-ev/.-yä "-7r->sser (Basis:· G-esa:ati"aasse), unter Versandung eines -tvatalysatorbettvoluinens

3
von etwa ö2ü cm und einer au.sr«ici:ieriden stiindlicnen G-e./icntsdurchsatz^e.scriwindigkeit, um eine ÖO-proz. U-.u-/andlung von Acrylnitril in Acrylamid zu erreichen, _;voöei diese erste Reaictionszone bei einer Temperatur im Bareicii von etwa 30° - 121⁰O, diese zweite ilea^tionszone bei einer i'emperatur i.u Bereich von etwa 30 bis 121 G und diese dritte xlealctionszone bei einer Temperatur ijL Bereich von etwa 49 bis 149 0 gehalten 'Arird, dieses Veriaaren zu einer G-esamtuui-zandlung des iDysteras von Aus^angs-Acrylnitril in Acrylamid von mindestens etwa 60 fo führt und die Beziehung Zv/iscnen der stündlichen Gewichtsdurchsatzgeschwindigkeit und der entsprechenden 'üemperatur in jed.er dieser Reaktionszonen derart ist, daß die Prozente Umvvandlung von Acrylnitril' in Acz'ylaoiid in jeder dieser Reaicfcionszonen etwa das 0,5- bis 1,5-fache der G-esaüitumwandlung des Systems, dividiert durch die Gesamtzahl dieser Reaktionsζοnen, ausmachen.

lö. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß diese Reaktantenmasse nach Passieren der dritten Reairfcionszone einem Abtrieb unterzogen v/ird, um hieraus im wesentlichen vollständig alles unumgesetztes Acrylnitril zu entfernen und eine vvvißrige Loaung aus etwa 40 bis 60 Gew.-$ Acrylaraid und Rest za 100 Ge-.v.-)& ,/asser herzasteilen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das so entfernte Acrylnitril zur Reaktantenmasse als Beschickung für die erste Zone zurückgeführt „vird.

20. Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die stündliche Gev/ichtsdurchsatzgesch/;indigkeit im Bereich von etwa 0,5 bis 10 Stunden" liegt, eine dieser

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i/jen Reactiοnszonen aus aea Betrieb herausgenommen .-.■ix'd, ci-sae Rea-ctairoenmasse nacn Passieren aer ersten dieser bilden xloa-L'cioriszonen eine ILiz/aadlung von Aus^angs-Aorylnitril in Acrylamid von etwa 15 bis 55 io und nach Passieren der zweiten aieser beiden Reaictioaszonen von etvva 35 bis 99 ^ζ/ο erfährt, diese erste Rea^tioaszone oei einer Temperatur im Bereich von etwa 3ü bis 121 ü und aiese Zv/eite Rea^tionszone bei einer

. iu Bareich von etwa 49 bis 149 C gehalten »vird.

21. Verfahren aiach Ansprucn 17, 18, 19 oder 20, dadurch ,;-e,':ennzeichnet, daß die xiei_i.enfolge der jeweiligen ersten dieser itea^tionszonen in der iian^folge des Durchgangs dieser üeaicxanceriLiasse hierdurch gewechselt ,vird, um hierdurch den Betrag der ü-atalysatordesaittivierung in den einzelnen Realctionszonei.1 auf ein i/iiniinuta zu beschränken.

22. Verfaarsn nach eineüi der Ansprüche 17 bis 21, dadurch je kennzeichnet, daß die stündliche &ewichtsdurchsatzge-ΒΟ/ϊ.νΐχχαϊ^βίΐ iia Bereich von etwa 0,5 bis 2 Stunden" eingestellt vi/irü.

23. Verianren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß diese xiealruanxerfasse et.va 30 bis 40 Gew.-'/o Acrylnitril und etwa 70 bis 60 G-ew.-jb V/asser enthält una die Uaiwandlung an Ausgan-;s-Acj:/lnitril in Acrylamid nach Passieren der ersten Realctionszone etwa 20 bis 40 io, die ILa>/aridlung an Ausgangs-Acrylnitril in Acr^rlamid nach Passieren der ?..veiten Reaktionszone etv/a 50 bis 60 'jb und die Umwandlung von Ausgangs-Acrylnitril in Acr./lauid xiacn Passieren der dritten R eai.it ions ζ one etwa 70 bis 90 /ο beträgt.

24. Vex'fanren 'lach einem der Ansprüche 17 bis 23> dad'.irch öje;kennzeichnet, aaJi in jeder dieser Reaxtionszonen der Raney-iiupfer-Ka"calysator eine solche katalytiscne Anfangsaktivität von etvira 0,45 bis 1,5 aufweist.

25. Verladen nach einem der Ansprüche 17 bis 24» äaaurch geicennzeicnnet, daß in jeder dieser ReaKtionszonen dieser

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Katalysator in ]?W_i toh x'eilcnen eines G-röioenbereiches von etwa ΰ,25 bis 12,5 Λ. vorliegt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadüi'ch ^e^ennaeiuiiaet, daß dieser katalysator in Form von Teilchen eines Grö;jenbereiches von etwa 0,5 bis 7,62 Dim vorliegt.

27· Verx'aiiren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurcn ^eieniizeicnnet, daß diese Beziehung zwischen der stündlicxien G-ev/ichxsciurchsat^gescav/indigkeit und der l'emperatur
wert χω. Bex-eich von etwa 0,7 bis 1,3 entspricht.

2b, Acrylamid, Hergestellt durch das Verfahren nach
einem der voranstellenden Ansprüche.

4 Blatt Zeicnnungen!

ito/La

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