" Procédé de production de biephénols " <EMI ID=1.1>
La présente invention est relative à la préparation de biaphénola, par réaction de cétones et de phénols, qui se produit en présence d'un catalyseur constitué par un polymère spécialement conditionné. Bile s'applique en particulier à la préparation du
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le nom de biephénol A, par condensation du phénol et de l'acétone. Les procédés les plus communément appliquée utilisent les acides minéraux forts, tels que l'acide sulfurique ou chlorhydrique, oomme catalyseur soluble ou agent de condensation pour oette réaction. L'eau est un sous-produit de la réaction, et la présence de ces acides, solubles et déshydratante, orée des problème qui, bien que non insurmontables, sont cependant coûteux et parfois difficiles à résoudre. La présence de l'eau dans l'acide soluble a non seulement
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rendements, mais elle dilue le catalyseur acide et oblige à reconcentrer ou à rejeter l'aoide. L'acide soluble entre en contact avec tous les métaux qui sont eux-mêmes en contact avec le milieu réaotionnel. Il faut donc un équipement important et coûteux, qui ré-
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ces acides solubles daus le produit favorise l'obtention de sousproduits indésirables, d'où contamination du bisphénol par ces sous-produits et eels métalliques, à moins d'avoir recours à des processus coûteux de purification. Il faut généralement conduire la plupart de ces processus de purification, en vue de séparer le phénol qui n'a pas réagi, en dessous de 150[deg.]C, si l'on est en présence d'acide soluble, même à l'état de traces. Il en résulte que si l'on applique une distillation, elle devient un processus coûteux demandant un vide poussé.
Les procédés actuellement utilisés dans la pratique ne peuvent pas fournir des quantités industrielles de 2,2-bie-(4hydroxyphényl)-propane avec un degré de pureté suffisant pour toutes les applications. Par exemple, on utilise de grandes quantités de
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dans le domaine florissant des résines époxy et également dans le <EMI ID=6.1>
époxy requièrent un 2,2-bie-(4-hydroxyphényl)-propane ayant une pureté d'au moins 92 % et les applications aux résines de polycarbonatea et de polyhydroxyéthere exigent comme matière première un
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On a constaté que la présence de quantités plus que légères d'impuretés exerce un effet nuisible et hors de toute proportion, sur la qualité de ces polymères. Les procédés de purification connus peuvent améliorer jusqu'à une pureté de 96 % environ la qualité du 2,2-ble-(4-hydroxyphényl)-propane que l'on trouve dans le commerce. C'est généralement suffisant pour les applications aux résines époxy, mais seuls des procédés complexes de purification sont à même de fournir un 2,2-bie-(4-hydroxyphényl)-propane de grande pureté, nécessaire comme produit de départ pour la fabrication de résines de polycarbonate ou de polyhydroxyéthers. En outre, ces procédés de purification sont coûteux en temps, en appareils et en matières consommées.
Dans les procédés couramment utilisés pour la fabrication du 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, on condense du phénol avec de l'acétone en présence d'un acide minéral comme agent de condensation, ou d'un catalyseur de condensation. On utilise communément, et môme on préfère dans ces procédés, les acides minéraux
très forts, comme l'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique, en dépit des difficultés opératoires qu'ils présentent. Même en ayant recours à ces catalyseurs puissants, les procédés connus exigent de longues périodes de contact entre les réactifs et les catalyseurs. Des durées de contact comprises entre 10 et 16 heures et plus ne sont pas rares. Les efforts pour abréger la durée de contact qui est, bien entendu, capitale du point de vue économique dans un procédé industriel, ont jusqu'ici compris soit des opérations de traitement supplémentaires, soit le recours à des promoteurs de catalyseurs.
On a par exemple proposé d'inclure un stade de digestion à la suite de la réaction de condensation. Cet artifice est par essence tout simplement une réaction en deux stades et il ne diminue que légèrement la durée de contact par rapport à une réaction identique effectuée sans la digestion et n'augmente pas considérablement la pureté du produit au-dessus des niveaux antérieurement obtenus. Les condensations de phénol et d'acétone catalysées par un acide minéral ne sont pas intéressantes en raison de la durée nécessaire
pour la réaction et le produit obtenu n'a qu'une pureté de 75 à 92 % environ au mieux. Ce degré de pureté ne convient pas du tout pour
un produit de départ dans la fabrication des résines de polycarbo- nates ou de polyhydroxyéthers et il convient tout juste, même après
que sa qualité a été améliorée, comme produit de départ pour la fa-
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C'est un fait connu que l'utilisation de promoteurs de catalyseurs augmente nettement la vitesse de condensation du phénol et de l'acétone en 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane. Toutefois, la souillure du produit augmente proportionnellement. Les substances dont on se sert habituellement comme promoteurs de la réaction de condensation du phénol et de l'acétone sont des composés solides, liquides ou gazeux, renfermant du soufre et qui sont solubles dans le mélange réactionnel. Dans toutes les réactions connues jusqu'ici, ces substances ou leurs sous-produits de réaction se sont invaria- blement trouvés comme impuretés dans le produit. Ces impuretés, qui communiquent à la fois une odeur caractéristique et une couleur marquée au 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, ne peuvent être éli- minées qu'avec difficulté, si toutefois la chose est possible.
Les difficultés de séparation ont jusqu'� présent neutralisé les avan-
de vue
tages du point/de la vitesse, obtenus avec des promoteurs utilisés conjointement avec des acides minéraux comme catalyseurs dans les procédés industriels connus. Le résultat est que les procédés ac- tuellement utilisés compromettent soit la vitesse de réaction en excluant les promoteurs, soit la pureté du produit en les utilisant.
Du fait que l'on ne dispose pas actuellement de grandes
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La Demanderesse a découvert un procédé hautement satisfaisant pour la production de biephénols, qui réduit ou évite les difficultés des procédés connus jusqu'à présent. Elle a trouvé que l'on peut réaliser la condensation de phénols et de cétones, pour produire des bisphénols, par la mise en oeuvre d'une résine polymère, échangeuse de cations, qui est pratiquement insoluble.
Selon le procédé de la présente invention, on fait réagir un phénol, ayant un atome d'hydrogène actif en position para par rapport à l'hydroxyle phénolicue, avec une cétone possédant au moins un groupe méthyle en position alpha par rapport au groupe carbonyle, le phénol étant présent en quantité supérieure à l'équivalent stoechiométrique et la réaction ayant lieu en présence d'une résine polymère échangeuse de cations, pratiquement insoluble, qui sert de catalyseur, à une température d'au moins 40[deg.]C.
Ces catalyseurs sont en principe des résines polymères ayant des groupes échangeurs de cations qui leur sont liés chimiquement. Généralement, ces groupes échangeurs d'ions sont des groupes acides forts, tels que des groupes sulfoniques, qui présentent un fort pouvoir virtuel d'échange avec des ions basiques,
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Ce catalyseur est chimiquement stable et pratiquement insoluble dans le milieu réactionnel à des températures de réaction pouvant aller jusqu'à 100[deg.]C environ. Son efficacité est, dans une certaine mesure, affectée par l'eau formée au coure de la réaction. Mais on peut conduire la réaction jusqu'è ce que la teneur en eau accumulée corresponde au point où la réaction cesse. On récupère alors le produit, et l'on régénère le catalyseur. De plus, la mise en oeuvre du catalyseur ne favorise pas l'obtention de sous-produite qui ne sont pas des intermédiaires dans la réaction de formation de bisphénols, ce qui simplifie le procédé d� purification.
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déterminée essentiellement par le nombre de groupes acides liés au squelette de résine polymère par l'unité de poids. Cependant, le pouvoir catalytique de la résine, dans ce procédé, n'est que par-
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lité, pour ces groupée acides, de venir en contact avec les réactifs présente une aussi grande importance.
Donc, pour être efficaces dans l'application de ce procédé, les groupes acides doivent être à la surface de la structure de la résine. Il n'est cependant pas nécessaire que la structure de la résine présente une forme? particulière, bien qu'il soit désirable d'obtenir un catalyseur avant la plus grande surface de contact possible pour l'exposition du plus grand nombre possible de groupes acides. Il est avantageux que la structure du catalyseur soit aussi
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grains afin d'accroître la surface de contact totale, ou bien que ce catalyseur puisse être rendu poreux. Lorsqu'on a recours à des structures de polymères poreux, les pores doivent de préférence être assez grands pour permettre le libre passage de grandes molécules organiques, telles que les bisphénols.
La structure particulière de polymère à laquelle ces groupée d'acides forts sont attachés ne présente pas une importance critique pour l'application du procédé. Cette structure doit cependant rendre le polymère pratiquement insoluble dans le milieu réactionnel et dans tout solvant auquel le catalyseur pourrait se trouver normalement exposé. Des résines fortement rétif iées fournissent un moyen efficace d'obtenir le caractère d'insolubilité demandé à ces résines, bien que d'autres moyens, tels que les forces de cristallisation, soient parfois assez forte pour assurer cette insolubilité sans qu'il y ait rétif! cation effective. On a obtenu de grands euc-
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acide sulfonique.
Il est généralement nécessaire, pour l'application de ce
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acide ou hydrogénée. Comme certaines de ces résines sont vendues sous forme de sel ou sous forme sodique, il est nécessaire de 2 ce traiter avant leur mise en oeuvre, pour transformer les groupes échangeurs d'ions en leur forme acide. Il est en général facile d'y
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utilise en général m excès d'acide et après régénération, on enlève l'excès d'acide par lavage à l'eau, ou avec un solvant convenable pour enlever les sels libérés.
Si, dans un tel traitement, on emploie de l'eau, elle se disperse dans le réseau de la résine, qu'elle gonfle quelque peu.
On vend quelquefois une résine humidifiée pour obtenir ce même effet. La Demanderesse a constaté que la présence de cette eau dans le réseau polymère de la résine échangeuse d'ions a un effet plutôt nocif sur le rendement du catalyseur, qu'elle affecte. Une résine humidifiée. par exemple, peut contenir jusqu'à son propre poids d'eau, en
se basant sur le poids de résine sèche. Pour l'obtention des meilleurs résultats, il faut déplacer l'eau jusqu'à ce qu'il n'en reste plus que moins de 1 % environ, basé sur le poids de la résine, afin
de présenter la vitesse maximum de condensation des groupes cétoniques et du phénol On peut évidemment acidifier les sels de la
résine en opérant dans des solvants organiques contenant des acides solubles, mais cela amène à résoudre un problème difficile de séparation des sous-produits salins par lavage au moyen d'un milieu organique.
On peut réaliser le déplacement de l'eau de plusieurs
manières autres qu'une neutralisation ou l'usage de milieux de lavage. Par exemple, pour déplacer l'eau, or. peut utiliser du phénol
et des procédés de distillation ou de diffusion, ou bien on peut se- cher la résine dans une étuve ou sous vide. Une résine séchée, que
l'on a laissé tremper un certain temps dans du phénol fondu, cons- titue dans sa forme acide un catalyseur très efficace pour condenser
le phénol et la cétone utilisée dans le présent procédé. Si l'on ne déplace pas la plupart de cette eau, la résine polymère acide ne présente qu'un faible effet catalytique. Bien que la Demanderesse
ne désire pas être liée par une théorie particulière de fonctionnement, elle croit que l'eau contenue dans le réseau du catalyseur polymère forme un écran efficace autour des groupes ioniques attachés à la structure de la résine et qu'elle empêche ou retarde l'effet cata- lytique de ces groupes dans les milieux de réaction non aqueux. Le remplacement de cette eau partiellement liée par du phénol augmente fortement la disponibilité de ces groupes acides ioniques à un point tel que la résine ainsi modifiée devient un catalyseur très efficace
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au cours de la réaction par aise en oeuvre de ces catalyseurs <EMI ID=19.1>
polymères, on ne rencontre pas de problèmes sérieux de corrosion, ou de dilution du catalyseur par culte de la libération d'eau au coure de la mise en oeuvre de oe procédé. L'efficacité du catalyseur
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meilleur fonctionnement, en marche dieoontinue, en conduisant la réaction jusqu'à oe que la teneur en eau du mélange réactionnel
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préparé en vue de la réaction désirée, par enlèvement d'eau et utilisation d'une liqueur d'alimentation phénol-oétone sèche et sans sels, le catalyseur peut s'utiliser efficacement pendant de longues périodes. Pour obtenir le maximum d'efficacité, cependant, il est désirable de resécher ce catalyseur. La présence de sels métalliques peut également diminuer l'efficacité du catalyseur, de aorte qu'il peut être nécessaire de le régénérer par un lavage acide.
Ces catalyseurs sont efficaces pour favoriser la condensation de phénols ayant un hydrogène réactif et pratiquement non soumis à un empêchement, qui soit en position para par rapport
à l'hydroxyle phénolique. Ces phénols peuvent avoir un ou plusieurs substituants alkyles inférieurs, qui soient en position ortho et méta par rapport à l'hydroxyle phénolique, comme par exemple l'ortho et le métacrésol, le 2,6-diméthyl-phénol, le méta-xylénol, le tétraméthylphénol, et le 2-méthyl-6-tertiobutylphénol, ou bien il peut s'agir de phénols à substituant halogéné, comme en particulier l'ortho-et le méta-chlorophénoJs et le 2,6-dichlorophénol.
Il est nécessaire, dans l'application du procédé de la présente invention, d'opérer avec des quantités de phénol supérieures au rapport stoechiométrique par rapport à la cétone, et en général avec au moins deux moles de phénol par mole de cétone. Dans la réaction acétone-phénol, par exemple, le rapport molaire du phénol à l'acétone est de préférence compris entre 3:1 et 20:1. La
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phénol à l'acétone compris entre 6:1 environ et 12:1, dans un procédé en marche continue, on obtient un taux de transformation quelque peu supérieur par passe, ainsi qu'un rendement légèrement meilleur en acétone. On peut mettre en oeuvre avec le catalyseur de la <EMI ID=23.1>
alpha par rapport au oarbonyle. Il cet particulièrement désirable
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lyeeur prépare, et maintien de la température désirée de réaction jusqu'à ce que la teneur en eau rende le catalyseur inactif ou ré-
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on peut récupérer le produit en séparant par filtration la résine insoluble éohangeuee d'ions, et en opérant ensuite une récupération du produit. En marche continue, on peut faire passer le mélange phénol-cétone sur un lit fixe ou mobile de catalyseur, à une vitesse telle que l'on puisse maintenir la teneur en eau de la phase réactionnelle à l'intérieurde limites tolérables. Si on le désire, on peut utiliser plusieurs lits stationnaires afin d'enlever en continu et de régénérer ou de déshydrater une portion du catalyseur, et de le faire revenir ensuite dans la zone de réaction.
La Demanderesse a trouvé que ces résines échangeuses d'ions sont généralement efficaces sous forme acide à des températures mo-
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sirables, car la formation de sous-produits semble augmenter rapidement au-dessus de cette température, sans augmentation concomitante de la vitesse de formation de bisphénol ou du rendement. En outre, il peut se produire une certaine dissolution de la résine à
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celle tolérable lors de l'utilisation d'acides liquides tels que l'acide sulfurique, car dans ce dernier cas la formation de sous-
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Avec des résines polymères solides contenant des groupes acides solidement fixée, on applique de préférence des température*
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tion augmente avec un accroissement de la température, maia qu'en même temps la formation de sous-produits peut également augmenter.
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un taux élevé de transformation sans boucher la colonne ou cristalliser le complexe phénolique dans l'appareillage. Cependant, dans des opérations diecontinuee, on peut appliquer des températures
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Lee pressions appliquées ne semblent pas avoir une influence critique dans la mise en oeuvre du procédé. La pression atmosphérique semble en général être la plue oommode. maie un accroissement de pression peut être fortement désirable. Un peut également appli-
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lonne une pression légèrement plue forte pour pallier la perte de charge due à la résistance qu'oppose un lit compact à l'écoulement
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pas nécessairement critique en fonctionnement discontinu. Le bisphénol produit n'est en général pas modifié par un contact prolongé avec le catalyseur. Le phénol, l'acétone et le bisphénol A, par exemple, ainsi que des quantités limitées d'eau, peuvent être en contact avec un catalyseur saturé de phénol pendant des périodes étendues de temps et permettent la récupération de quantités appréciables au point de vue économique de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)propane. Les réactifs non séparés, après déshydratation, peuvent être recyclée.
De façon générale, à une température de réaction emprise entre 50 et 100[deg.]C, la durée de contact optimale dépend principalement de la quantité de catalyseur polymère, de son acidité, de son état ou de ea porosité, de sa capacité d'échange d'ions et de la quantité spécifique de réactifs et d'eau formée au coure de la réaction. Avec un degré égal de capacité d'échange et de porosité, quelques lots de catalyseurs fonctionnent mieux, de aorte qu'en dernière analyse le choix des catalyseurs les plus désirables pour une mise en oeuvre dans le présent procédé s'effectue par des marches d'essai de durée suffisante pour indiquer le nombre appro-
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lyseur, pour atteindre un niveau stable de production.
Lorsqu'on met en oeuvre un tel catalyseur en marche discontinue, un catalyseur initialement saturé en phénol sec, placé dans une liqueur d'alimentation sèche, produira pour le cas d'une transformation totale environ 1 kg de bisphénol par kilogramme de catalyseur sec avant que la teneur en eau ne crée de difficultés. On peut alors séparer le catalyseur par filtration, le laver et le sécher, le suspendre dans du phénol sec pour l'avoir prêt à une nouvelle application. On peut répéter indéfiniment un tel cycle, à moins que des traces d'alcalis ou d'ions métalliques ne viennent bloquer les groupes d'acide fixés sur le catalyseur. On peut alors régénérer le catalyseur devenu inactif, si on le désire, par action d'un acide, puis le laver, le sécher et le traiter de nouveau avec du phénol, afin de l'avoir prêt à une nouvelle application.
Il faut éviter une usure excessive et une chaleur élevée lorsqu'on opère une telle régénération.
Dans le cas d'une colonne à lit fixe, fonctionnant en continu ou en semi-continu, le rapport entre équivalents de catalyseur et moles de cétone est fixé par le rapport entre le pouvoir d'échange d'ions et la densité apparente, ainsi que la porosité de la réaine. On doit régler le débit des réactifs en fonction du pourcentage de cétone transformée que l'on désire obtenir à chaque cycle. En général, la Demanderesse préfère opérer en marche continue de manière à obtenir une durée suffisante de présence des réactifs dans la colonne afin d'assurer pour l'acétone un taux de transfor-
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le désire, on peut opérer en marche continue à n'importe quel taux de transformation d'acétone désiré par passe, selon les conditions économiques que l'on veut imposer au procédé.
La récupération du produit obtenu par ce procédé est relativement aisée et elle peut se faire selon plusieurs procédés. En marche discontinue, il semble qu'une méthode convenable de séparation du bisphénol-A soit la cristallisation du complexe phénolique aprè�éparation du catalyseur polymère insoluble. On peut séparer le catalyseur original, ou les fines particules auxquelles il a donné naissance, en filtrant le milieu réactionnel à une température supérieure au point de cristallisation du complexe phénolbisphénol-A, par exemple à 65[deg.]C, en refroidissant le filtrat pour précipiter ce complexe, par exemple à une température comprise
entre 40 et 65[deg.]C. et en récupérant les cristaux purifiés de complexe phénol-bisphénol-A. On peut ensuite distiller ce complexe pour obtenir le bisphénol-A sous forme de résidu, ce qui donne un phénol sec distillé prêt au recyclage. Le résidu de bisphénol-A est en général de très bonne qualité commerciale et atteint souvent une pureté d'au moins 95 %. On peut séparer les autres bisphénols produits par application de ce procédé d'avec la cétone et le phénol qui n'ont pas réagi par des techniques de cristallisation ou de précipitation. Bien qu'une certaine quantité de bisphénol dissous, ainsi que la plupart des sous-produits, puissent demeurer dans le filtrat après application de ces procédés de séparation, on peut procéder à une distillation ou recourir à tout autre procédé convenable pour récupérer le bisphénol, ainsi que le phénol à recycler.
Les exemples suivante constituent une illustration du procédé.
Exemple t
On mélange du phénol et de l'acétone dans le rapport molaire de 10 moles de phénol par mole d'acétone, et l'on envoie par une pompe ce mélange traverser une colonne en verre de 254 cm de long,
<EMI ID=36.1> l'acide libre, et déplacement de l'eau restante au moyen de phénol par distillation azéotrope. On a opéré cette distillation en ajoutant 2 000 g de phénol à la résine échangeuse d'ions lavée, et en chauffant le mélange à S5[deg.]C durant une heure sous une pression de 20 mm .de mercure pour chasser l'eau par distillation, en même temps que passe un azéotrope d'eau et de phénol.
On maintient la colonne saturée de phénol à une température de 75[deg.]C + 0,5[deg.]C, et on opère en continu durant quatorze heures, le débit de phénol et d'aeétone presque secs étant maintenu entre 630 et 650 g environ par heure, sauf durant les trois premières heures, où on a fait passer respectivement 734, 703 et 678 g par heure. On
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est l'effluent de la première et de la seconde heure ; il s'élève à
1 437 g. L'échantillon B est l'effluent de la cinquième et de la sixième heure, il s'élève à 1 247 g. L'échantillon C est l'effluent de la treizième et de la quatorzième heure, il s'élève à 1 288 g.
On traite de façon identique chacun de ces échantillons. On refroidit sous agitation l'échantillon jusqu'à 27[deg.]C pour précipiter une partie du phénol et du complexe de 2,2-bie-(4-hydroxyphényl)propane mêlé à du phénol, et on filtre sur entonnoir contenant une plaque de verre fritté. On comprime le gâteau de filtre, et on le sèche par aspiration sous une pression de mercure de 15-20 mm, puis on le pèse. Le produit cristallin récupéré à partir de l'échantillon A pèse 338 g. Celui obtenu à partir de l'échantillon B pèse 208 g ;
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On lave le gâteau de filtre avec au total 150 ml d'eau distillée pour enlever le phénol libre ; on opère par plusieurs lavages et l'on sèche par aspiration sous vide, comme indiqué cidessus. On distille le gâteau de filtre séché avec une température
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ne contient pas de sous-produits rénine=. Son point de fusion est compris entre 155 et 157[deg.]0.
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<EMI ID=41.1> une couche huileuse. On distille la couche huileuse, qui est principalement du phénol, à une température du récipient de 2000C sous 0,2 mm de mercure. On obtient ainsi une nouvelle quantité de 2,2bis-(4-hydroxyphényl)-propane dans le résidu de distillation, qui s'élève respectivement à 15 g, 9,5 g et 13,5 g pour les échantillons A, B et C.
On distille la liqueur-mère de la première filtration, avec une température du récipient de 200[deg.]C. sous une pression de 0,2 mm de mercure, après prélèvement d'un petit échantillon pour détermination d'acétone. On recristallise une partie aliquote du résidu de distillation à partir d'un poids égal de toluène, on récupère le 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane cristallin et on le sèche. On calcule ensuite le poids de ce produit contenu dans l'ensemble de la liqueur-mère, et l'un trouve une teneur de 42 g, 49 g et 53 g de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, respectivement, dans les échantillons A, B et C.
Le Tableau suivant résume les résultats concernant les trois échantillons.
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Exemple 2
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mais en modifiant le rapport molaire entre phénol et acétone et la durée de contact. On obtient les résultats suivante
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Exemple 3
On répète les conditions et mode opératoire de l'exemple 1, mais en modifiant la température de la colonne et la durée de contact On aboutit aux résultats suivants :
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Exemple 4
On répète l'exemple 1, mais en modifiant la durée de contact. On établit les résultats suivants :
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Exemple 5
On répète le@ conditions opératoires de l'exemple 1, en y modifiant la durée de contact et la teneur en eau du mélange réactionnel. On obtient les résultats suivants:
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Exemple 6
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de phénol et 250 g de catalyseur déshydraté et traité comme il a été indiqué à l'exemple 1. On sépare le catalyseur par filtration à
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mercure. Le résidu, principalement du 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)propane, pèse 137 g. Ce poids correspond à un taux de transforma-
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Exemple 7
On fait passer à travers l'équipement de l'exemple 1 un
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à un débit assurant une durée de contact de quarante-sept minutes. On transforme 5,6 % de l'acétophénone en bisphénol (point de fusion :
180 - 184[deg.]C).
Exemple 8
On fait passer à travers l'équipement de l'exemple 1, à
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à un débit permettant une durée de contact de 41,5 minutes. On obtient la transformation de 16,0 % de l'acétone en bisphénol de l'ocrésol.
Exemple 9
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le
de toluène, et on/lave à l'eau pour en séparer quelques particules de catalyseur en suspension. On distille la solution de toluène, après lavage, à 200[deg.]C et sous 0,25 mm de mercure. Le résidu, <EMI ID=54.1>
qu'il n'y ait plue 'd'acide libre, et en déshydratant le polymère gonflé par l'eau par distillation azéotrope de l'eau au moyen de phénol. On filtre l'excès de phénol, oe qui laisse le catalyseur prêt à l'emploi.
Exemple 10
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de oyclohexanone, 643 g d'o-chlorophénol et 130 g de catalyseur
(DOWEX 50 X-4, marque commerce le pour une rénine sulfonée d'échange
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lavage et on les distille à 200[deg.]C sous 25 mm de mercure. Le résidu, principalement du 1,1-bis-(4-hydroxy-3-chlorophényl)-cyclohexane, pèse 30 g. Ce poids correspond à un taux de transformation de cyclo-
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La Demanderesse a également trouvé qu'on augmente notablement l'efficacité catalytique de la résine en l'estérifiant partiellement avec un marcapto-alcool.
Donc, selon la présente invention, un procédé de fabrication de bisphénole par réaction d'un phénol ayant un atome d'hydrogène en position para par rapport au groupe hydroxyle du phénol avec une cétone ayant au moins un groupe méthyle en position alpha par rapport au groupe carbonyle, le phénol étant présent en excès par rapport à la quantité stoechiométrique de la réaction effectuée
en présence d'une résine échangeuse de cations pratiquement insoluble et servant de catalyseur, est caractérisé en ce que cette résine échangeuse de cations est partiellement estérifiée au moyen d'un mercapto-alcool.
Le catalyseur insoluble échangeur de cations de la présente invention procure une vitesse rapide de réaction entre le phénol et la cétone et ne laisse pas de contaminants ou d'odeur susceptibles d'altérer la qualité du bisphénol produit. On évite ainsi des stades <EMI ID=58.1>
notablement les fraie de production.
On peut préparer les catalyseurs utilisée dans la présente
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ture de cette rénine, mais on peut également influencer ou conférer cette Insolubilité en agissant sur d'autres facteur@, tels que le poids moléculaire et/ou le degré de criatallinité de la résine ou du polymère.
Cependant, la structure chimique du squelette du polymère ou de la résine n'a pas une importance critique pour le fonctionnement des catalyseurs de la présente invention. Par exemple, ces ré-
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des résines sulfonées de styrène rétifié, des résines d'acide sulfonique dérivé de formaldéhyde-phénol, des résines d'acide sulfonique dérivé de formaldéhyde-benzène. Les seules spécifications de caractère critique et nécessaire pour leur fonctionnement sont leur insolubilité, la possession d'un pouvoir d'échange de cations et un
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Le pouvoir d'échange d'ions de ces résines se détermine.par le nombre de groupes échangeurs de cations liés à la structure du polymère. C'est ce qu'on désigne en général sous le nom de "capacité
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taines de ces résines par leur "capacité d'échange" exprimée en milliéquivalents par gramme de résine sèche, ou bien on peut déterminer cette capacité en faisant passer une solution d'un sel tel que NaCl à travers un échantillon de résine et en titrant la solution effluente. On calcule ensuite la capacité d'échange à partir de la formule :
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dans laquelle ml est le nombre de millilitres de liqueur de titrage ajoutée, N est la normalité de cette liqueur, et P le poids de l'é-
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Cependant. un oritère plue précis de l'efficacité d'une
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ois que la "oapaoité d'échange", est le nombre de groupes échangeurs de cations disponibles pour le contact avec les réactifs. Le contact des résines échangeuses d'ions avec les réactifs ne se pro-
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rénine procurant le maximum de surface est hautement désirable. Par exemple, une résine finement broyée ou de fines perles ou microsphèr ayant de préférence une nature poreuse, peuvent servir à fournir le plue grand nombre possible de groupes disponibles pour cet échange d'ions.
La Demanderesse préfère particulièrement les résines présentant une capacité élevée d'échange pour des ions basiques, et particulièrement celles qui ont une capacité d'échange d'au moins
2 milliéquivalents par gramme. Cependant, on peut utiliser dans la mise en oeuvre du procédé de la présente invention des résines dont
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longées pour /^ tenir des transformations équivalentes.Les résines ont un grand nombre de groupes acides forts liés chimiquement aux résidus du polymère, et la Demanderesse préfère particulièrement des résines ayant des groupes acide sulfonique.
Alors qu'on pouvait s'attendre à ce que l'efficacité
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que l'efficacité catalytique de la résine ainsi préparée est supé-
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efficacité est particulièrement augmentée lorsqu'on estérifie de 3
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d'ions, on constate que les vitesses de réaction entre le phénol et la cétone diminuent proportionnellement au fur et à mesure que le
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estérifier entre 5 et 15 % de l'ensemble des groupes disponibles d'échange de cations, car elle a constaté que de telles résines sont les catalyseurs les plus efficaces pour la mise en oeuvre de
la présente invention. On peut déterminer aisément le pourcentage
de groupes estérifiés en mesurant la capacité d'échange avant et après estérification, et en déterminant le pourcentage de différence. Ce pourcentage constitue un équivalent raisonnable du degré d'estérification par le mercapto-alcool.
Les mercapto-alcools servant à estérifier les résines d'échange de cations de la présente invention sont des hydroxythiols aliphatiques contenant au moins un groupe hydroxyle et au moins un /groupe mercapto, bien qu'ils puissent comporter des groupes hydroxyle et mercapto supplémentaires. La Demanderesse préfère particulièrement les(alkyl inférieur)merçapto-alcools (hydrcxy-alkylthiols) contenant de un à six atomes de carbone dans le groupe alkyle. Le mercapto-éthanol. le mercapto-propanol et le mercaptobutanol fournissent particulièrement de bons résultats.
L'estérification des groupes d'échange de cations de la résine s'effectue aisément sans nécessiter d'addition de catalyseur fonctionnant à température élevée ou d'un autre genre de catalyseur, bien qu'on puisse utiliser un catalyseur si on le désire. De préférence, la Demanderesse ajoute lentement le mercapto-alcool à un mélange anhydre et fluide contenait la résine, de préférence dans un solvant organique inerte et neutre comme par exemple de l'heptane, du benzène et des liquides similaires. L'agitation dans le milieu fluide provoque un bon mélange du mercapto-alcool et pérmet une estérification partielle uniforme ! travers toute la masse de la résine sans qu'il y ait de zones localisées d'estérification totale, laquelle pourrait inactiver certaines particules de la résine échangeuse d'ions-.
Pour que s'effectue 1 ' estérification et que le catalyseur exerce une action efficace sur la réaction de la présente invention, il est nécessaire que le groupe d'échange de cations soit nous forme
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telles résines, il est nécessaire de régénérer la fora* solde par lavage de la résine avec un acide. Avec le* résines sulfonée*, par exemple, la Demanderesse préfère un lavage avec une solution d'acide sulfurique, bien qu'on puisse utiliser d'autres acides si on le désire pour effectuer cette régénération. On peut éliminer de la résine les sels solubles formés au cours de cette régénération par des lavages supplémentaires de la résine avec de l'eau ou avec d'autres solvants.
Avant d'utiliser ces résines estérifiées échangeuses de cations pour la condensation des phénols avec les cétones, il est nécessaire, pour obtenir le rendement maximum de réaction, que la résine soit pratiquement anhydre, c'est-à-dire qu'elle contienne moins de 2 à 3 % d'eau en poids. On a constaté que la présence d'une quantité d'eau supérieure à ces 2 ou 3 % dans la zone de réaction diminue sérieusement la vitesse de réaction et les rendements en bisphénols lors de la mise en oeuvre du présent procédé. Puisque l'eau est un sous-produit de la réaction, la quantité d'eau présente doit faire l'objet d'un réglage et d'un contrôle étroits.
On effectue aisément la déshydratation de la résine avant ou durant emploi par différents moyens. Le chauffage à siccité dans une étuve ou le chauffage avec un agent générateur d'un azéotrope avec l'eau est un moyen satisfaisant. La Demanderesse a également constaté qu'immerger la résine dans du phénol ou chauffer un mélange de phénol et de résine constitue un moyen particulièrement intéressent de déshydrater la résine. Il est également possible pendant la mise en oeuvre du procédé de conduire la réaction avec un débit élevé et un faible taux de transformation par passe de façon à obtenir des conditions pratiquement anhydres pour les passes ultérieures. C'est pourquoi la Demanderesse préfère conduire la réaction du phénol et de la cétone jusqu'à obtenir un taux de transfor-
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tion continue de la résine servant de catalyseur tout en maintenant des conditions de réaction pratiquement anhydres, c'est-à-dire que ce mode opératoire limite la teneur en eau à moins de 2 à 3 % et
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ce qui est des plus désirable.
Le présent catalyseur est un promoteur efficace de la réaction entre une cétone et des phénols ayant un atome d'hydrogène
<EMI ID=76.1> phénols utilisée peuvent comporter un ou plusieurs substituants en position ortho et/ou en position méta par rapport à l'hydroxyle phénolique, comme par exemple des groupes alkyle, un halogène ou d'autres groupes similaires non-réactifs. Comme exemples de tels
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le méta-xylénol, le tétraméthylphénol, le 2,6-di-tertiobutylphénol et d'autres phénols alkylés ainsi que des phénols halogénés tels que l'ortho- et le méta-chlorophénols et le 2,6-dichlorophénol. Les substituants sur le noyau phénolique doivent être tels qu'ils n'empêchent pas ou n'altèrent pas la réactivité de l'atome d'hydrogène placé en position para par rapport à l'hydrcxyle phénolique. La Demanderesse préfère tout particulièrement le phénol lui-même
(C6H50H) comme réactif phénolique.
Comme cétone, la Demanderesse préfère utiliser l'acétone,
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par rapport au groupe carbonyle soient également intéressantes et puissent servir à la réalisation du procédé. Par exemple, on peut utiliser des cétones comportant des substituants aliphatiques ou aromatiques, telles que la méthyl-éthyl-cétone, la méthyl-propvlcétone, l'acétophénone et la méthyl-vinyl-cétone. On peut également utiliser des cétones cycliques comme par exemple la cyclo-hexanone.
La réaction s'effectue aisément lorsqu'il y a une quantité de phénol légèrement supérieure à la quantité stoechiométrique par rapport à la cétone présente dans la zone réactionnelle et en contact avec la résine estérifiée servant de catalyseur. Il est en général intéressant d'avoir 3 moles de phénol par mole de cétone bien qu'on puisse également utiliser jusqu'. 20 moles de phénol, ou davantage encore, par mole de cétone. Cependant.1'utilisation de phénol en quantités supérieures à celles correspondant aux rapporte précitée ne procure pas d'avantage complémentaire en vitesse de réaction ou facilité de mise en oeuvre, et le procédé devient môme quelque peu non-économique. La Demanderesse préfère, afin d'assurer les taux de transformation les plus élevés et le plua grand rendement de réaction, utiliser des rapporte molaires entre phénol et
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La durée nécessaire à la réaction dépend dans une large mesure du rapport molaire entre phénol et cétone, de la capacité d'échange de la résine, du degré d'estérification, de la température de réaction, du taux désiré de transformation par passe et de la teneur en eau du mélange réactionnel. Avec les limites préférées indiquées précédemment, une durée de séjour de 20 à 60 minutes procure en général un taux approximatif de 50 % de cétone transformée.
Le présent catalyseur convient à une marche continue ou discontinue. On peut réaliser une marche continue sur un lit de résine fixe en opérant de façon des plus satisfaisantes à des températures comprises entre 70 et 98[deg.]C. Des taux élevés de transformation de phénol et de cétone en bisphénol ne s'obtiennent pas facilement
à des températures inférieures à 65[deg.]C en raison de la cristallisation du phénol et du bisphénol dans l'appareillage, ce qui provoque un bouchage de colonne. Des températures plus basses, jusqu'à 40[deg.]C, sont cependant satisfaisantes pour des productions discontinues.
La pression ne semble pas avoir une importance critique dans le procédé de la présente invention, et bien que la pression atmosphérique soit des plus appropriées, on peut utiliser si on le désire des pressions supérieures ou inférieures à la pression atmosphérique. La résistance à l'écoulement offerte par un lit tassé de résine échangeuse d'ions utilisé dans une colonne fonctionnant
en marche continue nécessite à l'entrée de la colonne une pression un peu plus élevée que celle régnant dans l'enceinte de la colonne, bien qu'on puisse faire appel à un écoulement par gravité.
La récupération du bièphénol produit par le procédé de la présente invention est simple et peut s'effectuer de plusieurs façons, par exemple en filtrant le mélange réactipnnel pour éliminer le catalyseur solide à une température supérieure à 65[deg.]C. Pour récupérer les cristaux de bisphénol ou de complexe bisphénol-phénol, on peut refroidir entre 40 et 65[deg.]C le filtrat exempt de catalyseur, filtrer le bisphénol cristallin et distiller de préférence de façon à obtenir un distillât de phénol sec et recyclable et un résidu de
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filtrat un peu de bisphénol, de phénol et la majeure partie des sous-produits résineux de la réaction ; on peut les récupérer par recyclage, distillation, cristallisation ou par d'autres moyens ap-
<EMI ID=81.1> sans stades particuliers de purification, une très grande pureté, en général de 95 à 98 %, et n'est pu contamine par des odeur@ ou des traces de catalyseurs ou de sous-produits. De façon analogue, les rendements sont proportionnellement élevés et nettement plus élevés que ceux résultant de l'action de la résine non eetérifiée.
Les exemples suivante illustrent la présente invention :
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On sèche à 75-85[deg.]C une résine éohangeuse de cations de polystyrène rétifié et sulfoné jusqu'à oe que sa teneur en eau soit de
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avec du N-heptane (point d'ébullition : 9800). On évapore l'heptane restant dans la résine exempte d'humidité par chauffage de la ré-
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Pour déterminer la capacité d'échange de la résine, on pèse avec soin environ 20 grammes de résine sèche dans un bêcher de 50 ml et on la lave à l'eau distillée ; on introduit résine et eau distil-
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munie d'un robinet d'arrêt. On laisse la résine humidifiée gonfler à 200 à 300 % de son volume d'origine avant de la verser dans la colonne.
On fait traverser le lit de résine par 400 g d'une solution
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par minute, et l'on recueille l'effluent dans un flacon gradué de
1 litre. Au début, l'effluent est acide parce que les ions Na+ chassent les ions H+ des groupes acide aulfonique liée au squelette de la résine de polystyrène. Le remplacement ou l'échange de tous
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tournesol. A ce moment, l'échange est achevé. On lave à l'eau distillée la résine ainsi échangée e; l'on complète l'effluent à 1 litre avec de l'eau distillée. On titre une partie aliquote de 25 ml d'effluent avec une solution titrée de NaOH 0,1 N, en utilisant la phénolphtaléine comme indicateur. On détermine ainsi que le poids de
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termine la capacité d'échange par les calculs suivants :
25 ml de partie aliquote = 24,40 ml de NaOH 0,1017 N
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On répète le mode opératoire précédent en utilisant un poly-
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eultate montrant la capacité totale d'échange des deux résines utilisées .
par la détermination précédente, on obtient la capacité d'échange de la résine, ou le nombre de groupes d'aoide eultonique présente dans la résine échangeuse de cations.
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On mélange la résine dont on vient de déterminer la capacité d'échange avec 1,25 fois son poids d'heptane normal et l'on chauffe le mélange à ébullition en agitant sous reflux jusqu'à ce qu'on ne voie plus d'eau se séparant dans le piège à eau. Ayant ainsi assuré des conditions anhydres, on a une résine prête pour le stade d'estérification.
On ajoute goutte à goutte une quantité de mercapto-alcool suffisant à estérifier de 5 à 15 % des groupes acide sulfonique de la résine, et l'on recueille l'eau de réaction dans un piège situé sur le-circuit du reflux. Lorsque la réaction est achevée, ce qu'indique la quantité stoechiométrique d'eau recueillie, on filtre la résine estérifiée, on la lave plusieurs fois avec de l'heptane normal et on la sèche entre 75 et 85[deg.]C. On détermine selon le mode
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formule suivante
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de mercure. Le produit solide résultant contient de 60 à 65 % de
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comme revêtement superficiel.
On ajoute oe catalyseur à un mélange de phénol et d'acétone
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lent d'hydrogène de catalyseur par mole d'acétone. On chauffe le mélange réactionnel tout en l'agitant, soue reflux à température
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rant des périodes de temps indiquées au tableau, et variant de une à cinq heures. Au bout de ce temps, on sépare le catalyseur par filtration du mélange réactionnel et on le lave avec une mole de phénol. On distille ensuite le filtrat plus le liquide de lavage à
200[deg.]C sous un vide de 0,5 mm de Hg. On obtient le bisphénol comme résidu, qui cristallise au refroidissement. Le tableau ci- après indique le rendement en pourcent de bisphénol pour diverses durées de réaction et diverses températures avec des catalyseurs estérifiés
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La comparaison des essais N[deg.] 11 et 12 montre que lorsqu'on maintient constants les autres facteurs, un degré d'eetérification aussi faible que 3 % procure une augmentation importants du pourcentage de rendement, ou en d'autres termes une augmentation importante de la vitesse de réaction. Les résultats des essais 11 et 13 montrent l'effet de la réduction de la durée sur les rendements obtenus avec un catalyseur n'ayant pas subi d'estérification. Une comparaison des essais N[deg.] 11 et 14 indique qu'une résine estérifiée à 3 % fournit des rendements équivalant à ceux obtenus avec une durée de contact double dans le cas d'une résine non-estérifiée.
Les essais N[deg.] 15, 16 et 17 démontrent que l'on obtient des rendements supérieurs avec le catalyseur estérifié même lorsqu'on réduit fortement la durée de la réaction ce qui, d'ordinaire, devrait réduire
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L'augmentation progressive de rendement que l'on peut obtenir avec une augmentation progressive du degré d'estérification est évidente si l'on considère les essais N[deg.] 18, 19, 20 et 21. En maintenant constants les autres facteurs tels que la température, .le rapport molaire et la durée, l'augmentation du degré d'estérification provoque l'augmentation du rendement. L'essai N[deg.] 21, qui constitue un mode préféré de réalisation, donne des rendements comparables à ceux de tout autre procédé connu. Une estérification à 20 % environ est un maximum parce qu'au-dessus de cette valeur la diminution du nombre de groupes échangeurs de cations a une influence défavorable sur le rendement catalytique de la résine.
Il est important de noter que le bisphénol obtenu comme résidu dans les exemples ci-dessus est exempt de toute trace de catalyseur ou de promoteur, et convient pour des applications très délicates sans nécessiter de purification ultérieure.
La présente invention fournit en outre un procédé continu
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la quantité stoechiométrique, en présence d'une résine échangeuse de cations pratiquement insoluble comme catalyseur, consiste à mettre en contact le phénol avec l'acétone dans des conditions pratiquement anhydres, dans une zone de réaction en présence de la résine, à une température de 30[deg.]C à 125[deg.]C, à séparer l'effluent de la zone de réaction en deux courants, un courant contenant le 2,2bis-(4-hydroxyphényl)-propane, le produit d'addition 2,2-bis-(4hydroxyphényl)-propane-phénol, les sous-produits de la réaction et du phénol et l'autre courant contenant de l'acétone, de l'eau et
du phénol, à éliminer les sous-produits de la réaction d'avec le premier courant, à récupérer le 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, et à recycler les sous-produits de la réaction, le phénol et l'acétone à la zone de réaction.
Les dimensions de la zone de réaction ne sont pas critiques, à condition d'obtenir le contact approprié des réactifs avec la résine échangeuse de cations. Les zones de réaction appropriées, par exemple, consistent en zones de grande section telles que chambres de réaction, réservoir ou autoclave et en zones de faible section telles que réacteur tubulaire et serpentin. On peut appliquer dans la présente invention un grand nombre de zones de réactions reliées en série ou en parallèles. De façon avantageuse, ces zones sont munies de dispositifs de réglage ou de maintien de la température et de moyens pour éviter l'entraînement du catalyseur dans l'effluent.
La durée de séjour de l'acétone et du phénol dans la zone de réaction peut varier dans une très large mesure suivant le rapport molaire spécifique des réactifs, la quantité et le type du catalyseur échangeur de cations appliqué, des températures appliquées, du pour cent de conversion désiré, etc. La durée de séjour, comme durée minimum.est la durée suffisante pour amorcer la réaction et, comme durée maximum, la durée suffisante pour une in ter-réaction pratiquement totale entre les réactifs présente. La Demanderesse préfère une conversion de 20 % des réactifs comme un minimum et une conversion de 80 % comme un maximum. Bile préfère en particulier
<EMI ID=108.1> .ion supérieurs font baisser rapidement la vitesse de réaction et <EMI ID=109.1>
de produit par unité de temps. Aucune durée de séjour n'est critique dans la présente invention quant au rendement, les mêmes rendements extrêmement élevés étant obtenus avec des durées de contact relativement courtes et avec des conversions faibles et avec de longues durées de contact et des conversions élevées. Les durées de contact
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mieux, étant donné qu'elles fournissent des rendements de 99 % du rendement théorique, par rapport à l'acétone consommée, en 2,2-bis-
(4-hydroxyphényl)-propane, ayant une pureté extrêmement élevée.
Le phénol appliqué ici ne concerne que le phényl-hydroxyde, et l'acétone appliquée ici ne concerne que la diméthyl - cétone.
On effectue le procédé de la présente invention de préférence avec plus de 2 moles de phénol par mole d'acétone présente dans la
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par mole d'acétone. Des rapports plus élevés phénol/acétone, c'està-dire environ 12:1 ou plus, conviennent lorsque la température de la zone de réaction devient relativement faible.étant donné que cela prévient l'accumulation dans la zone réactionnelle de produits réactionnels solidifiés ou de produits d'addition cristallisés du phénol avec les produits de la réaction. Un rapport de 6:1 à 12:1 de phénol par rapport à l'acétone convient particulièrement bien.
A une conversion de 50 % par rapport à l'acétone consommée, un rapport phénol/acétone de 10:1 est particulièrement préféré. Tandis que de faibles quantités de solvants pratiquement inertes, comme le pentane, le cyclo-hexane ou le benzène n'inhibent pas totalement la réaction, elles rendent les phases de séparation compliquées dans le procédé et leur présence n'est pas particulièrement désirée.
Il est essentiel pour maintenir des taux élevés de formation
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sensiblement anhydres, c'est-à-dire contenant moins de 2,0 % en poids d'eau, soient chargea dans la zone réactionnelle, étant donné que l'efficacité globale du procédé de l'invention dépend de la présence de moins de 2,0 % d'eau dans la zone réactionnelle pour une catalyse optimum avec les résines échangeuses de cations -
La température dans la zone de réaction doit être telle
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faible sera la température appliquée dans la zona de réaction, plus
<EMI ID=114.1> <EMI ID=115.1> de manière à éviter l'obstruction de la colonne par du 2,2-bis-(4hydroxyphényl)-propane solidifié ou son produit d'addition cristallisé avec le phénol. L'application de températures élevées au point d'occasionner la dégradation des réactifs du 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane ou de la résine échangeuse de cations, ou qui produit un taux indésirable de formation de sous-produits est à éviter. La température spécifique appliquée peut varier entre 30[deg.]C et 125[deg.]C suivant les autres conditions opératoires dans la zone de réaction, telles que le pourcentage de conversion par passe, la durée de séjour ou la durée de contact entre le catalyseur et les réactifs et la pression. De façon à éviter l'obstruction de la zone réactionnelle par des produits de réactions solidifiés, ce qui peut arriver
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taux raisonnables de conversion en 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, lee températures préférées sont comprises entre 40[deg.]C et 100[deg.]C.
Les résultats optimaux en ce qui concerne à la fois la vitesse de réaction et le rendement sont obtenus en appliquant des
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séquent de préférence ces températures. La zone de réaction peut travailler à la pression atmosphérique ou à des pressions inférieure ou supérieure à la pression atmosphérique. Entre également dans le cadre de la présente invention, le fait d'appliquer une atmosphère inerte dans la zone de réaction. En général, l'application de la pression atmosphérique ou d'une pression légèrement élevée convient de préférence pour assurer l'écoulement approprié des matières à travers le système dans des opérations en continu.
Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que l'on ne doit pas appliquer de pression supérieure à la pression atmosphérique dans la zone de réaction pour maintenir la concentration du catalyseur à la valeur désirée pendant l'opération comme on doit le faire avec les procédés déjà connus qui appliquent des catalyseurs acides minéraux à l'état gazeux ou de vapeur et parfois des promoteurs catalyseurs à l'état gazeux ou de vapeur.
On applique des résines échangeuses de cations comme catalyseurs à l'état solide dans le procédé en continu de la présente invention. Ces résines sont insolubles dans le mélange réactionnel et par conséquent, on évite le problème de la séparation du <EMI ID=118.1>
reste dans la sone réactionnelle et n'apparaît pu ailleurs dans la matériel servant à la mise en oeuvre du procédé. Sa durée d'utilisation dans oe procédé est presque infinie et ne présente par la nécessité d'une régénération, ai l'on prend soin d'éviter l'admis" aion d'ions de métaux basiques, tels que le sodium, potassium, ou
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groupes échangeurs d'ione de la résine. L'utilisation du catalyseur insoluble confère les avantages supplémentaires suivants (1) l'élimination de la nécessité d'appliquer un matériel résistant à la cor-
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ceaeairea les phases de neutralisation qui sont communes aux autres procédés.
Les résines échangeuses d'ions utiles dans le présent procédé consistent en structures polymères pratiquement insolubles avec des groupes échangeurs de cations acides qui leur sont chimiquement reliés. Le potentiel d'échange des groupes acides fixée et leur nombre disponible pour entrer en contact avec le mélange réactionnel phénol et acétone déterminent l'efficacité oatalytique d'une résine particulière échangeuse d'ions.Ainsi, bien que le nombre de groupes acides fixés à la structure polymère de la résine détermine le "pouvoir d'échange" théorique, un meilleur critère de l'efficacité catalytique est le nombre de groupes acides disponibles pour le contact avec les réactifs. Ce contact peut n'avoir lieu qu'à la surface de la résine ; donc, une forme de résine qui fournit une
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est hautement avantageuse et fournit le taux le plus élevé de réaction et d'économie de réaction dans ce procédé. La forme particu-
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Les résines échangeuses d'ions doivent être pratiquement
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lequel la résine peut être appliquée. L'insolubilité de la résine résulte en général d'un degré élevé de réticulation dans la résine mais peut être due à d'autres facteurs, tels que poids moléculaire élevé ou degré élevé de cristallisation.
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être converties sous la forme hydrogénée ou acide avant leur application dans ce procédé.On peut commodément effectuer la conversion par lavage de la résine avec une solution d'un acide approprié. Par exem-
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du sel.
Il arrive souvent comme résultat soit de l'opération de lavage indiquée ci-dessus, soit du procédé d'emballage du fabricant . que la
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se d'ions dans le procédé de la Demanderesse. Les techniques appropriées
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conditions anhydres n'a pas besoin d'être traitée à nouveau � quelque moment que ce soit au cours de la mise en oeuvre du procédé. Sui-
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admission dans l'appareillage de mise en oeuvre du procédé, simplement en faisant passer le mélange réactionnel à travers le catalyseur <EMI ID=130.1>
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et par le phénol.
La Demanderesse a trouvé que l'efficacité oatalytique des
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talyseurs d'acides minéraux activée de façon équivalente. La conta-
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l'avantage résultant d'un taux de réaction nettement accélère dieparait par la contamination du produit.
On peut obtenir tous les avantages d'une réaction activée sans simultanément occasionner toute contamination du produit, par estérification partielle des groupée échangeurs de cations fixée à la structure réticulaire de la résine polymère, au moyen d'un mer-
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groupes échangeurs de cations de la résine. On applique de préférence ce catalyseur activé selon l'invention à cause de la vitesse de réaction plus grande et de l'absence d'odeur ou autre contamination par le soufre du 2,2-bie-(4-hydroxyphényl)-propane préparé avec la
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de résine échangeuee d'ions partiellement estérifiée est décrite ci-dessus.
Des rendements et des économies remarquables par kg de catalyseur sont rendus possibles par l'application de ces résines solides échangeuses d'ions. Les essais expérimentaux démontrent que les résines conservent leur efficacité catalytique pour des durées illimitées. On obtient 300 kg de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, <EMI ID=137.1>
d'activité catalytique. Ainsi, avec les résines décrites ci-dessus, on peut mettre en oeuvre un procédé en continu et automatique sans auoun problème de régénération de catalyseur.
Pour amorcer la réaction, on chauffe le phénol et l'acétone,
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d'eau en poids comme maximum et de préférence à l'état sec, c'està-dire à moins de 0,2 % d'eau en poids, à la température de réaction et les fait passer dans un lit fixe de résine échangeuse de cations, de préférence de haut en bas, sous une faible pression pour maintenir un taux approprié du débit à travers le lit, bien que l'écoulement par gravité dans la colonne convienne également.
L'effluent en provenance du lit du catalyseur passe à travers un appareil de concentration, qui peut être tout vaporisateur du type pelliculaire, de préférence un dispositif fonctionnant avec un contre-courant liquide-vapeur et dans lequel on retire toute l'eau et l'acétone et une portion du phénol sous forme de fraction de tête.
Suivant la température de l'effluent provenant du réacteur et de la pression appliquée dans l'appareil de concentration, le mélange réactionnel peut être chauffé ou refroidi de façon à provoquer l'évaporation de toute l'eau de réaction, et de l'acétone
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une certaine quantité de vapeurs de phénol, laissant sous forme d'un résidu le 2,2-bie-(4-hydroxyphényl)-propane, le phénol et les sous-produite. La température de cette concentration ne doit pas être élevée au point de décomposer le 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)propane et la réaction a lieu de préférence à une température com-
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telle façon que l'on obtienne une évaporation pratiquement totale de l'acétone et de l'eau, laissant au moins une mole de phénol par mole de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, et de préférence de 4 à
10 moles de phénol, dans le résidu ainsi que pratiquement tous les sous-produits et le 2.2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane.
La concentration de l'effluent simplifie la récupération du
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produit et permet de surveiller sa composition. Cette détermination de la quantité de phénol dans la composition peut être utilisée pour élever le point de cristallisation du produit d'addition, et par ce moyen faciliter le lavage du produit d'addition avec du phénol sec à une température avantageuse. La concentration sert également à isoler la portion du courant de produit contenant l'eau, et l'on peut ensuite effectuer la déshydratation par distillation à toute température ou à tout moment approprié.
La fraction de tête comprenant de l'acétone, de l'eau et du phénol, en provenance de l'appareil à concentrer,circule dans une zone de déshydratation pour éliminer l'eau laissant l'acétone et le phénol que l'on recycle dans le procédé. La Demanderesse a trouvé que cette déshydratation peut être effectuée d'une manière améliorée par mise en contact du mélange acétone, eau et phénol avec un courant ascendant de vapeurs d'acétone sèches. Cela évite l'addition d'un autre composant dans le procédé réactionnel et permet le recyclage du phénol et de l'acétone anhydre. Dans ce procédé, on admet le mélange latéralement dans la colonne et l'on introduit l'acétone anhydre au bas de la colonne qui est maintenue de préférence à une température comprise entre 155[deg.]C et 165[deg.]C, à la pression atmosphérique.
L'acétone sèche monte dans la colonne en contact avec la charge et en élimine effectivement l'eau. On prélève les vapeurs humides contenant de l'acétone du haut de la colonne que l'on maintient avantageusement à une température de 58[deg.]C lorsqu'on procède aux pressions atmosphériques par réglage du rapport au reflux. Le réglage de la température au sommet de la colonne est nécessaire pour s'assurer qu'un distillat acétone-eau sans phénol passe dans la seconde colonne dans laquelle on élimine l'eau par distillation fractionnée. On recycle l'acétone sèche récupérée.
On recycle le résidu provenant de la première colonne et consistant en phénol et acétone anhydres.
On peut se débarrasser de l'eau provenant sous fora" de résidu, de la seconde colonne, sans nécessiter de purification ul-
<EMI ID=142.1>
un triphénol, est envoyé dans tme sons de cristallisation" On peut effectuer la cristallisation par refroidissement du résidu provenant de l'appareil de concentration à une température au-dessous du point de fusion du produit d'addition, entre
<EMI ID=143.1>
lisation varie suivant les conditions opératoires dans l'appareil de concentration. Par distillation de plus ou moins de phénol, on peut régler le rapport molaire phénol/produit, dans la charge de la zone de cristallisation. Le phénol en excès d'une mole par mole de 2,2-bis(4-hydroxyphényl)propane absorbe les sous-produits intermédiaires, qui sont tous solubles dans le phénol dans la gamme de
<EMI ID=144.1>
2,2-bis(4-hydroxyphényl)propane. La plus grande partie du 2,2bis(4-hydroxyphényl)propane cristallise sous forme d'un produit d'addition avec le phénol dans le rapport molaire de 1:1.
<EMI ID=145.1>
<EMI ID=146.1>
nées ci-après.
On fait fondre les cristaux lavée du produit d'addition 1:1
<EMI ID=147.1>
ficative à l'efficacité globale du procédé réside dam le recyclage dans la charge du réacteur des sous-produits de la réaction, ""est'-dire le composé de "Dianin", les isomères du bisphénol et les triphénols, etc.
La Demanderesse a trouvé de façon surprenante qu'un équilibre est ainsi maintenu entre le produit et les sous-produits dans le <EMI ID=148.1>
réacteur de telle sorte que sous des conditions de recyclage en régime permanent la concentration des sous-produits dans le réacteur reste constante. Par conséquente il n'en résulte pas plus d'accumulation de sous-produits, et l'on obtient des rendements
<EMI ID=149.1>
Pour décrire plus clairement la présente invention pour la production régulière en continu d'un 2,2-bis(4-hydroxyphényl)propane de haut degré de pureté, une variante préférée en est décrite ci-dessous en détail en se référant à la figure 1, qui est
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et la série des opérations appropriées à la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
En se référant à la figure 1, on prépare en continu la charge du réacteur dans le réservoir de charge 11 à partir de : (1) phénol de complément provenant de la conduite 10 ; (2) acétone de complément en provenance de la conduite 46 ; (3)un mélange phénol-acétone recyclé en provenance de la conduite 46 ; et (4) un mélange recyclé de phénol, des sous-produits de réaction et de bisphénol A,
<EMI ID=151.1>
mélange ces quatre courants dans des proportions telles que soit maintenue constante la composition de la charge admise dans le réacteur eu égard à tous les composants entrant dans le procédé
et que soit maintenu aussi l'équilibre recherché des concentrations
<EMI ID=152.1>
la réaction. la concentration de ces derniers est maintenue de
<EMI ID=153.1>
poids de la charge d'alimentation du réacteur. Le rapport molaire
<EMI ID=154.1>
Les courants mélangés pour former la charge du réacteur passent en continu par l'intermédiaire de la conduite 12, à travers
<EMI ID=155.1>
La sone de réaction comprend un réacteur 15 qui consiste avantageusement en ane enceinte de forme allongea pourvue de moyens de calorifugeage et de réglage de la température" et d'un lit fixe
<EMI ID=156.1>
précédemment, et de préférence une résine sulfonée réticulée de polystyrène qui a environ 20 % de ses groupes acides libres disponibles estérifiés par un promoteur mercapto-éthanol comme décrit ci-dessus. On met la résine catalyseur dans le réacteur 15 d'une façon qui permette l'écoulement de la charge du réacteur à travers le lit du catalyseur, et qui permette également la mise en contact appropriée de la charge du réacteur avec pratiquement tout le catalyseur, et évite également l'entraînement du catalyseur solide dans le courant appliqué du procédé, courant provenant du réacteur.
La charge du réacteur, après passage à traversée préchauf-
<EMI ID=157.1>
termédiaire de la conduite 14, de préférence à un débit tel qu'il permette une durée moyenne de contact des réactifs avec le catalyseur d'une heure, à une température réglée à 75[deg.]C, pour donner
<EMI ID=158.1>
par rapport à l'acétone. Le courant effluent de l'enceinte réac-
<EMI ID=159.1>
tion de liqueur de lavage de phénol recyclé, en provenance de la conduite 28, et l'on envoie le mélange en continu par l'intermédiaire de la conduite 17 à une zone d'évaporation.
La zone d'évaporation, désignée ci-après "concentrateur" 18, consiste le plus avantageusement en n'importe quel évaporateur industriel du type évaporateur pelliculaire en continu avec écoulement vapeur-liquide à contre-courant et de préférence travaillant Bous pression réduite. La conduite 17 d'alimentation de l'évaporateur admet du phénol, de l'acétone n'ayant pas réagi, de l'eau de
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la pression est à un niveau suffisamment bas, par exemple 200 mm
<EMI ID=161.1>
réagi et de l'eau de réaction, du produit obtenu dans le concentrateur, par évaporation. On fait passer le produit par la conduite
19 à une température de préférence au-dessous de 150[deg.]C. On règle
<EMI ID=162.1>
totalement éliminées du produit du concentrateur. En outre, on élitins une portion du phénol de manière qu'une concentration cons-
<EMI ID=163.1> <EMI ID=164.1>
nue. La quantité évapore* de préférence qui remplit les conditions requises oi-deeeua octale 20 % en poids du oourant de charge du concentrateur.
<EMI ID=165.1>
avantageusement d'un oristallisateur du type à refroidissement 20, pourvu de moyens suffisante pour faire circuler le magma et de
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<EMI ID=168.1>
liqueur-mère. La bouillie résultante passe. par l'intermédiaire de la conduite 21, dans une zone de séparation liquide-matières solides.
La zone de séparation liquide-matières solides comprend un séparateur 22 liquide-matières solides, avantageusement un appareil de filtration, et de préférence une centrifugeuse munie de moyens accessoires pour le lavage des cristaux et pour le réglage de la température. La séparation de la liqueur-mère d'avec les
<EMI ID=169.1>
On lave les cristaux,après séparation de leur liqueur-mère, au moyen de phénol anhydre provenant de la conduite 25, la quantité de liquide de lavage et les procédés de lavage appliqués dépen-
<EMI ID=170.1>
sement une séparation finale des cristaux ne consistant qu'en le produit d'addition molaire 1:1 de phénol et de 2,2-bis(4-hydroxyphényl)propane d'avec la liqueur de lavage, dans un appareil de filtration et de préférence dans une centrifugeuse munie d'accessoires pour le lavage des cristaux et le réglage de la température. La liqueur-mère passe par la conduite 23, et une portion de la liqueur de lavage passe dans la conduite 26, puis ces liquides sont réunis et par l'intermédiaire de la conduite 27 sont recyclés au réservoir 11 de la charge du réacteur. La liqueur-mère et la liqueur de lavage réunies, utilisées comme recyclage, consistent <EMI ID=171.1>
ce procédé.
Le reste de la liqueur de lavage circule dans la conduite
28 pour être réuni au courant effluent du réacteur dans la corsduite 16 et charge dans le concentrateur par l'intermédiaire de la conduite 17.
<EMI ID=172.1>
zone de séparation solides-liquide par la conduite 29 pour être admis dans une zone de fusion 30 tel un réservoir agite comprenant des dispositifs de réglage de la température et dans lequel on fait fondre les or létaux, de préférence à une température de
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un phénol. La masse fondue est admise par la conduite 31 dans une zone d'évaporation finale. Dans cette zone d'évaporation finale qui, avantageusement, comporte un ou plusieurs évaporateurs industriels 32 du type évaporateur pellioulaire, on sépare le phénol
<EMI ID=174.1>
pression suffisamment basse (par exemple 5 mm Hg absolu) pour assurer une évaporation totale du phéno�t sa séparation d'avec le
<EMI ID=175.1>
l'intermédiaire de la conduite 33, dans une zone de refroidissement comprenant avantageusement un dispositif 34 à tambour rotatif de mise en paillettes équipé d'un dispositif de réglage de la température pour la solidification et la mise en paillettes. On envoie le produit à l'état de paillettes au poste d'emballage.
<EMI ID=176.1>
la conduite 36 pour être réuni au phénol anhydre qui est admis dans le procédé par la conduite 24 et provenant d'une source extérieure.
Le distillât provenant du concentrateur 18 consistant en une certaine quantité de phénol,en acétone qui n'a pas réagi et en eau de réaction,passe par la conduite 37 dans une zone de distillation pour récupérer principalement l'acétone et le phénolànbydree en vue
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38 et 41 comprenant chacune une section de diatillation, une seotion de rectification et un réchauffeur,et munie@ chacune d'un moyen de réglage de la température et du taux de reflux. Le distillat en provenance du oonoentrateur entre dane la colonne 38 au
<EMI ID=178.1>
et l'eau de la charge de la colonne, et l'on obtient un mélange essentiellement anhydre de phénol et d'acétone au bas de la oolonne, mélange que l'on renvoie par la conduite 39 au réservoir 11 d'alimentation du réacteur sous forme de courant de recyclage. On règle la composition de. distillât par réglage de la température au haut de la colonne. Ce distillât ne contenant que de l'acétone et de l'eau, quitte la colonne 38 par la conduite 40 et entre dans une seconde colonne 41 dans laquelle on sépare l'acétone et l'eau (l'eau quittant la colonne sous forme de résidu par la conduite 42 et l'acétone anhydre quittant la colonne comme distillat par la oonduite 43). On réunit une portion de l'acétone anhydre en provenan-
<EMI ID=179.1>
nant de la colonne 38 dans la conduite 45 en vue du recyclage au réservoir 11 d'alimentation du réacteur par la conduite 46. Le reste de l'acétone sèche en provenance de la colonne 41 revient au fond de la colonne 38 par la conduite 44 pour être utilisée à nouveau dans cette colonne. Les colonnes travaillent de préférence à la pression atmosphérique.
<EMI ID=180.1>
rant de recyclage pour augmenter la concentration et en fin de compte ceci nuit gravement au rendement du procédé ou exige des phases d'élimination coûteuses. Mais, étant donné que les promoteurs dans le présent procédé sont fixes au'catalyseur polymère,
<EMI ID=181.1>
de la réaction, et par conséquent, aucun ne se trouve à l'état libre dans la zone réactionnelle, ou dans l'appareillage servant
à la mise en oeuvre du procédé ou dans le produit 2,2-bis(4-hydro-
<EMI ID=182.1>
procédas de purification coûteux.
<EMI ID=183.1> phényl)propane de pureté élevée selon l'invention ressort clairement des exemples suivants donnée à titre d'illustration de ce procédé.
Exemple 22
<EMI ID=184.1>
partir de la liqueur-mère de recyclage et liqueur de lavage provenant du séparateur matières solides-liquide ; mélange phénolacétone anhydre de recyclage provenant des colonnes de déshydratation, et phénol et acétone de oomplément. La charge possède la composition suivante :
<EMI ID=185.1>
On admet cette charge en continu à un débit contrôlé dans
un réacteur consistant en un tube chemisé en acier inoxydable garni de 2�265 kg de résine sulfonée réticulée de polystyrène préa-
<EMI ID=186.1>
des groupes acides libres avec du mercapto éthanol puis rendue anhydre par les procédés indiqués ci-desoue. On fait circuler de
<EMI ID=187.1>
la chemise du réacteur et un réchauffeur de la charge. On admet la charge dans le réacteur à un débit réglé suffisant pour avoir une durée de contact des réactifs avec le catalyseur, d'une heure.
On fait passer le courant sortant du réacteur dane le concen-
<EMI ID=188.1>
muni d'un condenseur et d'un réservoir. Le courant de sortie du réacteur possède la composition suivante :
<EMI ID=189.1>
<EMI ID=190.1>
On concentre le courant effluent provenant du réacteur soue
<EMI ID=191.1>
140[deg.]C. On élimine 20 % en poids de la charge sous forme de distillat qui présente la composition suivante :
<EMI ID=192.1>
<EMI ID=193.1>
<EMI ID=194.1>
<EMI ID=195.1>
<EMI ID=196.1> et l'on épuise le gâteau de la centrifugeuse de toute liqueur. On rassemble la liqueur de lavage dans'le même récipient que la liqueur-mère séparée précitée. Le filtrat combiné séparé d'avec le gâteau de la centrifugeuse présente la composition suivante :
<EMI ID=197.1>
On recycle ce filtrat au réacteur.
On retire le gâteau lavé par intermittence du panier perforé de la centrifugeuse, il présente la composition suivante :
<EMI ID=198.1>
On chauffe le gâteau à une température de 130[deg.]C dans un réservoir mis sous agitation et chemisé pour faire fondre les cristaux du produit d'addition. La matière fondue passe ensuite dans un évaporateur à vide dans lequel le phénol est évaporé
et séparé du produit sous une pression réduite de 1,0 mm Hg absolue à une température de 200[deg.]C. On refroidit le produit en fusion
en provenance de l'évaporateur pour cristalliser le produit que l'on pulvérise. Le produit présente la composition suivante :
<EMI ID=199.1>
<EMI ID=200.1>
dans la colonne de déshydratation et on le déshydrate par adjonc-
<EMI ID=201.1>
<EMI ID=202.1> <EMI ID=203.1> une seconde colonne de déshydratation dans laquelle on le fractionne pour obtenir de l'acétone pratiquement anhydre contenant
<EMI ID=204.1>
colonne. On se débarrasse de l'eau. La teneur en phénol de l'eau est au-dessous d'une partie par million.
Le résidu provenant de la première colonne et recyclé dans la charge possède la composition suivante :
<EMI ID=205.1>
Exemple 23
On prépare 97,9 kg de la charge d'alimentation du réacteur
à partir de : liqueur-mère de recyclage et une portion de liqueur
de lavage de recyclage en provenance du séparateur des matières solides-liquide ; mélange recyclé et anhydre de phénol-acétone en provenance des colonnes de déshydratation et phénol et acétone de complément. La charge possède la composition suivante :
<EMI ID=206.1>
On admet en continu cette charge à un débit réglé, dans le
<EMI ID=207.1>
comme décrit à l'exemple 22.
Le courant effluent provenant du réacteur possède la oompoei- tion suivante
<EMI ID=208.1>
Conversion par rapport à l'acétone consommée = 50 %.
On ajoute 10,9 kg de liqueur de lavage de recyclage provenant du séparateur matières solides-liquide aux 97,9 kg de l'effluent du réacteur. La composition du mélange est la suivante :
<EMI ID=209.1>
<EMI ID=210.1>
en un .autoclave chemisé à garniture en verre muni d'un condensateur et d'un réservoir et on y concentre le mélange sous une pression
<EMI ID=211.1>
<EMI ID=212.1>
tion suivante :
<EMI ID=213.1>
Le concentrat a la composition suivante :
<EMI ID=214.1>
On refroidit ce dernier sous agitation dans un appareil de cristallisation consistant en un autoclave chemisé garni de
<EMI ID=215.1>
<EMI ID=216.1>
On charge la bouillie des cristaux et de liqueur-mère, en continu dans une centrifugeuse maintenue à 40-45[deg.]C. On renvoie la liqueur-mère séparée dans la charge du réacteur en tant que courant de recyclage répondant à la composition suivante :
<EMI ID=217.1>
<EMI ID=218.1>
la liqueur-mère qui y adhère, dans un autoolave chemisé en acier inoxydable muni de dispositifs d'agitation et contenant une
<EMI ID=219.1>
séparer le liquide de lavage au phénol que l'on recueille. Puis
on lave par pulvérisation le gâteau avec 1/5 de son poids de phénol
<EMI ID=220.1>
de toute liqueur de lavage. On recueille cette liqueur de lavage dans le môme récipient que la liqueur de lavage séparée d'avec la bouillie. Le filtrat réuni séparé d'avec le gâteau de la centrifugeuse possède la composition suivante :
<EMI ID=221.1>
On recycle ce filtrat au courant d'effluent du réacteur.
On élimine par intermittence le gâteau du panier perforé
de la centrifugeuse ; ce gâteau présente la composition suivante :
<EMI ID=222.1>
<EMI ID=223.1>
On chauffe le gâteau de la centrifugeuse à 130[deg.]C et l'on charge la matière fondue dans un évaporateur à vide dans lequel on fait évaporer le phénol et l'on refroidit le résidu pour le faire cristalliser de la façon décrite à l'exemple 22.
Le produit possède la composition suivante :
<EMI ID=224.1>
On fait passer le distillât provenant du concentrateur dans
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<EMI ID=226.1>
tion, en régime permanent, des sous-produit@ de la réaction de l'acétone et du phénol, dans la sone de réaction du procédé oon-
<EMI ID=227.1>
<EMI ID=228.1>
dehors de la zone de réaction une transposition d'au moins une partie des sous-produits de la réaction de l'acétone et du phénol
<EMI ID=229.1>
tant de la zone de réaction, en en séparant sensiblement toute l'eau de condensation et l'acétone n'ayant pas réagi; qu'on fait panser le mélange concentré ainsi obtenu dans une zone de transpo-
<EMI ID=230.1>
pratiquement insoluble et saturée de solvant phénolique ; qu'on fait de nouveau réagir les sous-produits de la réaction de l'aoé-
<EMI ID=231.1>
et qu'on renvoie le mélange sortant, enrichi en produit, vere la zone de réaction, avec une nouvelle quantité de phénol et d'acétone. La charge alimentant la zone de transposition a de préférence
<EMI ID=232.1>
propane, sous forme de produit d'addition équimolaire avec le phénol.
De façon surprenante, le fait d'introduire un stade de transposition en dehors de la zone de réaction permet une diminu- tion importante de la concentration des sous-produits, en régime permanent, bien qu'un contact prolongé des réactifs dans la zone
<EMI ID=233.1>
duit également une transposition, n'apporte pas une telle diminution. La Demanderesse ne désire pas être liée par une explication théorique déterminée quelconque, mais on croit que les résultats supérieurs que donne le procédé de la présente invention doivent être attribuée à ce que l'on effectue la réaction de transposition en l'absence pratiquement complète d'eau. La présence de quantités d'eau même faibles, c'est-à-dire supérieures à environ 1,5 % en poids du mélange renfermant les sous-produits, empêche complète- <EMI ID=234.1>
propane. Par conséquent, dans la réaction de condensation du phé- nol et de l'acétone dans laquelle il se forme de l'eau en quantité
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réaction prolongées ne donnent pas de diminution importante de la concentration des sous-produits, car la vitesse de transposi-
<EMI ID=236.1>
zone de réaction par la résine éohangeuse de cations jouant le rôle de catalyseur, atteint une valeur négligeable bien avant que l'on ait obtenu la concentration à l'équilibre théorique.
Le volume et les dimensions des zones de réaction de condensation et de transposition ne sont pas critiques, à condition d'obtenir un contact suffisant des mélanges respectifs avec la résine échangeuse de cations. Des zones qui peuvent convenir sont par exemple celles de section transversale élargie, comme une chambre, un réservoir, un autoclave, etc., et celles de sections transversales restreintes, comme des récipients tubulaires et des serpentine, etc. On peut utiliser, dans le cadre de la présente invention, plusieurs zones de réaction ou de transposition reliées en série ou en parallèle. Il convient qu'elles soient munies de dispositifs pour maintenir ou régler la température dans les zones respectives et de dispositifs pour empêcher l'entraînement du catalyseur dans les produits qui en sortent.
Réaction de condensation - On peut faire varier dans une mesure considérable la durée de séjour de l'acétone et du phénol dans la zone de réaction. Elle dépend principalement du rapport molaire particulier entre réactifs, de la quantité et de la capacité d'échange du catalyseur échangeur de cations dont on se sert, des températures auxquelles on opère, du pourcentage de transformation recherché, et d'autres facteurs similaires. La-durée de séjour minimale dans la zone de réaction est la durée suffisante pour commencer la réaction et la durée de séjour maximale est celle qui est suffisante pour une réaction pratiquement complète entre les réactifs présents. Habituellement, 5 % au moins de l'acétone réagissent et de préférence pas plus de 95 %, comptés en molécules.
On préfère que le minimum de transformation de l'acétone soit de
20 % et le maximum de 80 %. On préfère en particulier une transfor-mation de 50 % environ, car lorsque le pourcentage de la transformation augmente la vitesse de réaction baisse et le procédé devient moins économique, si l'on examine la quantité de produit par unité de temps. Aucune durée de séjour déterminée n'est critique dans la présente invention, en ce qui concerne le rendement, les mêmes rendements extrêmement élevés étant obtenus avec des durées de contact relativement courtes et de faibles taux de transformation que les rendements élevés atteints avec des durées de contact prolongées et des taux élevés de transformation. Des durées de contact aussi courtes que une heure et un taux de transformation de 50 % environ sont les plus avantageux, car ils don-
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<EMI ID=238.1>
phényl)-propane.
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à la diméthylcétone.
On effectue la réaction de l'acétone et du phénol de préférence avec une quantité de phénol supérieure à la quantité stoechiométrique, c'est-à-dire plue de 2 moles de phénol par mole d'acétone présente dans la zone de réaction, et de préférence entre 3
et 20 moles environ de phénol par mole d'acétone. Les rapports su-
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sont intéressants lorsque la température de la zone de réaction est relativement basse, car ceci empêche le bouchage de la zone de réaction par des produite de réaction solidifiée ou par des produits du phénol d'addition cristallisés avec des produite de la réaction. On donne une préférence particulière à
<EMI ID=242.1>
soit de 10:1.
Il est essentiel, pour maintenir des taux élevée de forma-
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d'eau, car le rendement global du procède de l'invention dépend <EMI ID=244.1>
de la présence de moins de 2,0 % d'eau dans la zone de réaction pour que la catalyse avec les résines échangeuses de cation:; se fasse dans les conditions optimales.
Dans la zone de réaction, la température doit être telle qu'elle maintienne les réactifs en phase liquide. En général,
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d'autant plus faible que la température à laquelle on opère dans la zone de réaction est plus basse, de manière à éviter de boucher la colonne par du 2.2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane solidifié ou par son produit cristallisé d'addition avec le phénol. Le recours à des températures qui sont tellement élevées qu'elles provoquent
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ou de la résine échangeuse de cations, ou qu'elles déterminent
un taux exagéré de formation de sous-produits, est à éviter. On peut faire varier entre 30[deg.] et 125[deg.]C environ la température particulière utilisée dans la zone de réaction suivant les autres conditions de fonctionnement dans la zone de réaction, comme par exemple le pourcentage de transformation par passe, la durée de séjour ou la longueur de la durée de contact entre le catalyseur et les réactifs, la pression, etc. Dans le but d'éviter le bouchage de la zone de réaction par des produits de réaction solidifiés, oe qui
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<EMI ID=248.1>
tion sous la pression atmosphérique, ou sous une pression inférieure
<EMI ID=249.1>
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on préfère adopter la pression atmosphérique ou une pression légèrement élevée, pour assurer en fonctionnement continu une circulation convenable des matières dans le dispositif.
<EMI ID=251.1>
ne de transposition, du mélange provenant de la sone de réaction, dit "mélange affluent" peut varier dans une mesure considérable
et cette durée dépend principalement de l'importance de la transposition désirée, des températures adoptées, et de la capacité d'échange du catalyseur échangeur de cations dont on se sert. La durée de séjour minimale est la durée suffisante pour commencer la réaction de transposition et la durée de séjour maximale est celle suffisais pour une transposition pratiquement complète
des produits dû la réaction en 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, c'est-à-dire pour permettre à l'équilibre de s'établir.
Pour mettre en oeuvre la transposition caractérisant le procédé de la présente invention, on débarrasse d'abord le mélange effluent de la totalité sensiblement de l'acétone n'ayant pas réagi et de l'eau de condensation. A ce moment, le mélange affluent comprend : du phénol ; le produit de la réaction de l'acétone et du phénol, à savoir le 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane ; et toute une variété de sous-produits de la réaction de l'acétone et du phénol, par exemple du 4-p-hydroxyphényl-2,2,4-triméthylchromane
(composé de Dianin), des triphénols et du 2,4-dihydroxy-2,2-diphényl-propane, qui sont d'une manière générale dénommés ici "soueproduits de la réaction de l'acétone et du phénol". L'isomère 2,4 est le sous-produit prédominant de la réaction de l'acétone et
du phénol.
Il est capital, pour réaliser la transposition de ces sousproduits de réaction en 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, que
la sone de transposition soit essentiellement anhydre, c'est-à-dire qu'elle renferme au moins de 1,5 % en poids d'eau par rapport au poids du mélange effluent entrant dans la zone de transposition. Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, une teneur en eau supérieure
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fère que le milieu soit anhydre, c'est-à-dire qu'il y ait moins
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meilleurs taux de transposition.
<EMI ID=254.1> ratures, la proportion à l'équilibre est la plus faible, mais
la vitesse de transposition est la moindre. Il est par conséquent souhaitable de trouver un compromis entre la vitesse de transposition et la concentration en sous-produits à l'équilibre, en opérant avec des températures de la zone de transposition com-
<EMI ID=255.1>
pour la zone de transposition ayant les dimensions décrites dans les exemples et avec le catalyseur utilisé, est celle que l'on préfère pour obtenir les vitesses et la concentration à l'équilibre optimaux. Il convient de prévoir une série de zones de transposition chauffées à des températures progressivement décroissantes, de telle manière qu'on effectue une transposition initiale
<EMI ID=256.1>
le à l'équilibre.
La zone de transposition peut être maintenue sous la pression atmosphérique ou sous une pression inférieure ou supérieure
à celle de l'atmosphère. On peut également opérer en atmosphère
de gaz inerte. On préfère en général opérer sous la pression atmosphérique ou sous une pression légèrement élevée, pour assurer en marche continue une circulation convenable des matières dans
le dispositif.
La Demanderesse utilise des résines échangeuses de cations comme catalyseurs solides dans les stades de condensation et de transposition du procédé continu de la présente invention. Ces résines sont insolubles dans le mélange réactionnel et dans le mélange effluent, d'où il résulte qu'on évite le problème de la séparation du catalyseur de l'effluent de la zone de réaction de condensation ou de la zone de transposition et l'élimination de petites quantités de catalyseur dans le produit. Pendant la totalité des stades de condensation et de transposition et des stades d'isolement, le catalyseur reste dans la zone de réaction ou de transposition et il n'apparaît pas autre part dans l'appareillage servant au procédé. Sa durée de service dans le présent procédé est indéfiniment longue. Les résines échangeuses de cations ne doivent
pas nécessairement requérir de régénération, si l'on prend soin d'éviter d'introduire des ions métalliques basiques, comme le sodium, le potassium, le calcium, etc., ou d'autres impuretés qui désactivent les groupes échangeurs de cations de la résine. Le fait d'utiliser le catalyseur insoluble donne en plue les avan-
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résistant à la corrosion par les acides, appareils qui seraient
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de neutralisation qui sont oommuns à d'autres procédés.
Les résines échangeuses d'ions utiles dans le présent procédé sont des squelettes polymères sensiblement insolubles, auxquels se trouvent chimiquement liés des groupes éohangeure cationiques. Le potentiel d'échange des groupes acides fixés et le
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mélange réactionnel de phénol et d'acétone ou avec le mélange effluent, détermine l'efficacité catalytique d'une résine éohangeuse d'ions déterminée. Ainsi, bien que le nombre de groupes acides liés au squelette polymère de la résine détermine la "capacité d'échange" théorique de cette résine, un critère plus exact de l'efficacité catalytique réside dans le nombre de groupes acide disponibles pour entrer en contact avec les réactifs. Ce contact peut se produire sur les surfaces, tant intérieures qu'extérieures,
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ne qui offre une surface de contact maximale, par exemple des microsphères ou des perles ou grains poreux, est extrêmement souhaitable
et elle procure les plus grandes vitesses de réaction de transformation et de transposition et le maximum d'économie dans ce procédé. Toutefois, la forme spéciale de la résine échangeuse d'ions utilisée n'est pas critique.
Les résines échangeuses d'ions doivent être pratiquement insolubles dans le mélange réactionnel et dans tout solvant auquel
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té de la résine est en général due à un degré élevé de rétification au sein de la résine, mais cette insolubilité peut être due à d'autres facteurs, par exemple à un poids moléculaire élevé ou à un degré élevé de cristallinité.
D'une manière générale, plus la capacité d'échange d'une résine est élevée, c'est-à-dire plus grand est le nombre de milliéquivalents d'acide par gramme de résine, et plus la résine est avantageuse pour servir dans le présent procédé. On préfère les <EMI ID=262.1>
valente environ d'acide par gramme de résine sèche. On aooorde particulièrement la préférence aux résines portant comme groupée liée des groupée échangeurs cationiques, d'acide présentant un grand potentiel d'échange. Lee résultat@ obtenue avec des groupée
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acide sulfonique, etc. On peut se proourer dans le commerce la plupart de ces résines et de nombreuses autres, sous des marquée
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On reçoit du fabricant de nombreuses résines échangeuses d'ions sous forme sodique ou d'un autre sel et elles doivent être transformées en forme hydrogène ou aoide avant de les utiliser dans le présent procédé.On peut aisément réaliser la transformation en lavant la résine avec une solution d'un acide approprié. Il convient par exemple de laver une résine sulfonée avec une solution d'acide sulfurique. Les sels formés pendant la transformation s'éliminent commodément en lavant la résine avec de l'eau ou avec un solvant du sel.
Il se produit fréquemment, par suite soir de l'opération de lavage décrite ci-dessus, soit de la manière dont le fabricant
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propre poids d'eau. Sensiblement toute cette eau, c'est-à-dire
la totalité sauf 2 % environ, au maximum, doit être éliminée avant d'utiliser la résine échangeuse d'ions comme catalyseur pour la réaction de condensation dans le présent procédé, et la totalité
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sine échangeuse d'ions comme catalyseur pour la réaction de transposition. Les procédés qui peuvent convenir pour éliminer l'eau se trouvant dans la résine comprennent : un séchage de la résine sous pression réduite dans une étuve ; une digestion de la résine <EMI ID=267.1>
dane du phénol anhydre liquide comme solvant, pendant une durée suffisante pour remplir de phénol les interstices de la résine et une distillation azéotropique de l'eau et du phénol en préaenoe d'un excès de phénol.
Quand la résine a été une fois mise en état de cette manière, pour avoir la certitude qu'elle cet toujours anhydre, il
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que pendant qu'elle sert dans le procédé. Dans une variante, on peut mettre le catalyseur en état après l'avoir placé dans l'installation de traitement, simplement en faisant circuler le mélange réaotionnel à travers le catalyseur jusqu'à ce que sensiblement la totalité de l'eau ait été éliminée. Dans cette dernière manière d'opérer, la mise en état est effectuée à la foie par l'acétone
et par le phénol.
<EMI ID=269.1>
seur pour la réaction de condensation comme pour la réaction de transposition. On entend par ces termes une résine échangeuse d'ions qui est pratiquement complètement remplie ou saturée d'un solvant phénolique, c'est-à-dire de composée monohydroxy-aromatiques comme le phénol proprement dit, les crésols et les xylénols. Bien entendu, pour éviter les réactions croisées qui diminuent
le rendement, il y a intérêt à utiliser comme solvant phénolique du phénol proprement dit. La saturation par un solvant phénolique active le catalyseur à utiliser dans le présent procédé et empêche également l'absorption d'humidité.
La Demanderesse a constaté que l'efficacité catalytique des résines échangeuses d'ions décrites ci-dessus, tant dans la réaction de condensation que dans la réaction de transposition, est accrue d'une manière appréciable lorsqu'on traite la résine avec un mercapto-alcool avant de l'utiliser dans le procédé de
la présente invention. La présence de promoteurs libres de la condensation du phénol et de l'acétone, comme des alkyl-mercaptans et des mercapto-acides, dans la zone de réaction avec les résines échangeuse d'ions, bien qu'elle augmente la vitesse de réaction, a pour conséquence une contamination par le soufre du,
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acides minéraux avec des promoteurs équivalente. La contamination se manifeste par une forte odeur de soufre et on ne peut
pas l'éliminer, même par des recristallisations successives
du produit. Ainsi, l'avantage d'une vitesse de réaction nettement accélérée ee trouve neutralisé par une contamination aupplémentaire du produit.
On peut obtenir tous les avantages d'une réaction facilitée
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au squelette polymère de la résine. On préfère dans la présente invention l'utilisation de ce catalyseur activé, en raison du fait que les réactions de condensation et de transposition sont plus rapides et en raison du manque d'odeur ou d'autre contamination, par le soufre, du produit, le 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, fabriqué avec la résine échangeuse d'ions ainsi modifiée. La fabrication de ces catalyseurs constitués par des résines échangeuses d'ions partiellement estérifiées se trouve décrite
ci-dessus. Fait surprenant, l'estérification partielle ne détermine pas de diminution de l'activité catalytique bien
<EMI ID=273.1>
geure de cations, soient bloqués.
Des rendements et des économies remarquables, par kilogramme de catalyseur, ont été rendus possibles par l'utilisation de résines solides échangeuses d'ions. Des essais expérimentaux ont montré que les résines restent catalytiquement efficaces pendant une durée indéfinie. On a fabriqué 300 kg de 2,2-bis-(4-hydroxy- phényl)-propane par kilogramme de résine, sans aucun signe d'affaiblissement de l'efficacité catalytique. Ainsi, grâce aux résines décrites ci-dessus, on peut exploiter un procédé automatiquement
et en continu sans qu'il se pose de problèmes de régénération
de catalyseur.
Pour amorcer la réaction, on chauffe à la température de réaction du phénol et de l'acétone, tous deux sensiblement anhydres. c'est-à-dire renfermant au maximum moins de 2,0 % d'eau en poids et de préférence anhydres, c'est-à-dire renfermant moins de 0,2 % d'eau, et on les fait passer dans un lit poreux fixe de résine échangeuse d'ions, de préférence de haut en bas, sous une légère pression, de manière à maintenir un débit suffisant au travers
du lit, bien que l'écoulement par gravité dans la colonne donne également des résultats satisfaisants.
Le mélange sortant du lit de catalyseur est envoyé dans
un concentrateur, qui peut être n'importe quel évaporateur classique du type pelliculaire. de préférence un évaporateur dans lequel les vapeurs et liquides circulent à centre-courant et dans lequel toute l'eau et toute l'acétone et une partie du phénol sortent
comme produits de tête.
Suivant la température du mélange sortant du réacteur et selon la pression régnant dans le concentrateur, on peut chauffer
ou refroidir le mélange réactionnel de manière à provoquer la vaporisation de la totalité de l'eau de réaction, et de l'acétone n'ayant pas réagi. Ces vapeurs sortent en tête, (au besoin avec quelques vapeurs de phénol), en laissant comme résidus ou queues le 2,2-bis-
(4-hydroxyphényl)-propane, du phénol et des sous-produits de la réaction de l'acétone et du phénol. La température de cette concentration ne doit pas être tellement élevée qu'elle provoque une décomposition du 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane et elle est
de préférence comprise entre 100[deg.] et 150[deg.]C environ, la pression
de fonctionnement étant réglée de telle manière que l'on obtienne une vaporisation sensiblement totale de 1* Acétone et de l'eau, et
en laissant dans le résidu au moins une mole de phénol par mole
de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane et de préférence de 4 à 10 moles de phénol, en même temps que sensiblement tous les sous-produits et le 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane.
On fait passer le produit de tête, comprenant 1* acétone , l'eau et le phénol, du concentrateur dans une zone de déshydratation dans le but d'éliminer l'eau, en laissant l'acétone et le phénol qui sont recyclés dans le traitement. On peut réaliser cette déshydratation en mettant en contact le mélange d'acétone, d'eau
et de phénol avec un courant ascendant de vapeurs d'acétone anhydre. Ceci évite d'ajouter un autre composant au processus de la réac-
<EMI ID=274.1> cette manière d'opérer, on introduit le mélange dans le côté de la colonne et de l'acétone anhydre à la partie inférieure de la colonne, qui est maintenue à une température comprise entre 155[deg.] et
165[deg.]C sous la pression atmosphérique. L'acétone s'élève dans la colonne en entrant en contact avec la charge et on élimine l'eau avec un très bon rendement. Les vapeurs d'acétone chargées d'humidité sortent par le sommet de la colonne, que l'on maintient à la température de 58[deg.]C environ, quand on travaille sous la pression atmosphérique, en réglant le rapport de reflux. Il est nécessaire de régler la température au sommet de la colonne, pour avoir la certitude qu'il passe un distillat d'acétone et d'eau, exempt de phénol, dans la seconde colonne, d'où l'eau est éliminée par distillation fractionnée.
L'acétone anhydre récupérée est recyclée.
Les queues de la première colonne constituées par du phénol et de l'acétone anhydres, sont recyclées dans le traitement.
L'eau sortant comme queues de la seconde colonne peut être jetée sans exiger d'autre purification pour en séparer le phénol ou autre substance organique.
On peut également recourir à toute autre technique de séparation qui élimine l'eau des têtes du concentrateur.
Dans une forme de réalisation de la présente invention, on envoie directement dans une zone de cristallisation les queues
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pane, du phénol et des sous-produits.
On effectue la cristallisation en refroidissant les queues
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de cristallisation varie suivant les conditions dans lesquelles fonctionne le concentrateur. En séparant par distillation plus ou moine de phénol, on peut régler le rapport molaire du phénol au produit dans la charge alimentant la sone de cristallisation. Du phénol en quantité supérieure à une mole par mole de 2,2-bis-(4hydroxyphényl)-propane prend les sous-produits, dont tous sont
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On sépare les cristaux de la liqueur-mère par centrifugation, par filtration ou par tout autre procédé convenable et on les lave, de préférence avec une nouvelle quantité de phénol ou d'un mélange de phénol et d'acétone pour éliminer les traces de liqueur-mère. Les liquides de lavage et la liqueur-mère, qui à ce moment sont constitués par du phénol, des sous-produits et un peu de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, sont envoyés dans la zone de transposition.
On fait fondre les cristaux, lavés, du produit d'addition 1:1 de phénol et de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane et on les charge dans une seconde zone d'évaporation dans laquelle le phénol est séparé du 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane et recyclé vers le traitement, en laissant comme résidu le 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)propane. Le 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane obtenu comme produit ne renferme aucune trace de catalyseur ou de promoteur. Les rende-
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<EMI ID=283.1>
introduits dans le réacteur de transposition et il y a avantage à ce qu'ils y passent sous une légère pression positive. La transposition des sous-produits de la réaction en 2,2-bie-(4-hydroxyphényl)-propane s'effectue et l'effluent de la zone de transposition,maintenant enrichi en 2,2-bie-(4-hydroxyphényl)-propane, est recyclé vers la zone de réaction.
Dans une variante, la zone de transposition peut se trouver placée après la zone de concentration et avant la zone de cristal-
<EMI ID=284.1>
nation et de transposition décrite ci-dessus. Les autres stades du traitement restent le@ mènes.
Afin d'exposer plus complètement la nature de la présente invention pour la production continue, en redite permanent, d'un
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reportant à la figure 2, dans laquelle est illustrée une fonte d'appareil et de suite de stades de traitement, convenant pour mettre en <EMI ID=286.1>
oeuvre le procédé de cette invention.
Si l'on se reporte à cette figure 2, la charge du réacteur est préparée en continu dans un réservoir d'alimentation 11 avec :
1[deg.] Du phénol d'appoint provenant d'un conduit 10 ; 2[deg.] De l'acétone
<EMI ID=287.1>
et 4[deg.] Le mélange recyclé et transposé, de la réactior. du phénol et de l'acétone, composé de phénol, de sous-produits de la réaction et de bis-phénol, provenant d'un conduit 48. On mélange ces quatre courants dans des proportions telles que la composition de la charge d'alimentation du réacteur reste constante du point de vue de tous les composants entrant dans le traitement.
Ci-dessous une comparaison de bilans types de matières à ce stade du procédé, avec et sans transposition :
<EMI ID=288.1>
On remarquera que la concentration en pour cent en poids
<EMI ID=289.1>
dans les conditions du régime permanent, dans la charge d'alimentation du réacteur.
Les courants mélangés formant la charge d'alimentation du réacteur passent en continu par un conduit 12, par un préchauffeur
13, dans lequel ils sont chauffés à 70-75[deg.]C environ, avant d'entrer dans la zone de réaction.
La zone de réaction comprend un réacteur 15 qui est avantageusement une chambre de forme allongée, munie de dispositifs pour
<EMI ID=290.1> <EMI ID=291.1>
des groupes acide libre disponibles ont été estérifiés avec du mer-
captoéthanol comme promoteur, ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus.
La résine catalyseur est placée dans le réacteur 15. d'une manière permettant l'écoulement de la charge alimentant le réacteur au travers du lit de catalyseur et assurant également un oontaot convenable de la charge du réacteur et de sensiblement tout le catalyseur et empêchant également l'entraînement du catalyseur solide, par écoulement hors de la chambre du réacteur vers, le reste de l'appareillage du procédé.
<EMI ID=292.1>
leur 13, entre en continu par le commet du réacteur 15 par le conduit 14, avec un débit tel qu'il donne une durée de séjour moyenne des réactifs avec le catalyseur d'une heure environ à une
<EMI ID=293.1>
rapport à l'acétone. Le mélange sortant de la chambre de réaction entre dans le conduit 16 et il est mélangé à une partie de la liqueur de lavage phénolique recyclée arrivant par le conduit 28 et le mélange panse en continu par le conduit 17 dans la sone d'évaporation.
Ci-dessous une comparaison de bilans de matières types, à ce
<EMI ID=294.1>
tement avec transposition :
<EMI ID=295.1>
Il y a lieu de remarquer qu'à ce stade de la réaction, la concentration en poids des sous-produits est considérablement diminuée (5,1 % contre 8,6 %).
La zone d'évaporation désignée ici sous le nom de concen-
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industriel du type pelliculaire, avec écoulement à contre-courant des vapeurs et des liquides, et fonctionnant de préférence sous pression réduite. La charge d'alimentation de l'évaporateur, arrivant par le conduit 17, constituée par du phénol, de l'acétone n'ayant pas réagi, de l'eau de condensation, du 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane et des sous-produits de la réaction du phénol et <EMI ID=297.1>
<EMI ID=298.1>
mercure absolus, pour permettre l'élimination, par évaporation,
de l'acétone n'ayant pu réagi et de l'eau ainsi sifflée du produit
<EMI ID=299.1>
<EMI ID=300.1>
tient une concentration constante des composants dans le produit du concentrateur. La quantité préférée de produite évaporée, qui
<EMI ID=301.1>
charge entrant dans le concentrateur.
<EMI ID=302.1>
des sous-produits de la réaction du phénol et de l'acétone, passent en continu par le conduit 19 dans la zone de cristallisation, de préférence constituée par un cristalliseur du type à refroidissement
20, muni d'un dispositif suffisant pour faire circuler le magma et d'un dispositif pour évacuer la chaleur et pour régler la température.
Dans une variante de forme de réalisation, on intercale dans
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solvant phénolique, comme la Dore: 50-X-4, qui a été de préférence partiellement estérifiée avec un mercapto-alcool promoteur,
comme on l'a décrit ci-dessus. La réaction de transposition,
dans le réacteur 47 ' . est la même que celle qui se produit
dans le réacteur 47 de la forme de réalisation préférée.
Le refroidissement de la masse à une température de préférence égale à 40[deg.]C environ, avec l'agitation indiquée plus haut, dans la zone de cristallisation, donne une bouillie liquide de cristaux uniquement constitués de produit d'addition d'une mole de phénol pour une mole de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane dans sa liqueur-mère. On fait passer la bouillie liquide résultante, par un conduit 21, dans une zone de séparation de solides et de liquide.
La sone de séparation des solides et du liquide comprend
un séparateur 22 de solides et de liquides, avantageusement un appareil de filtration et de préférence une machine centrifuge munie d'accessoires pour le lavage des cristaux et d'un dispositif pour le réglage de la température. On effectue la séparation de la liqueur-mère et des cristaux, de préférence à une température de
4000 environ.
Après avoir séparé les cristaux de leur liqueur-mère, on les lave avec du phénol anhydre venant par le conduit 25, la quantité de phénol de lavage et les techniques de lavage déterminées que l'on adopte dépendant de la pureté que l'on désire donner au produit final. Une séparation finale des cristaux, uniquement constitués par du produit d'addition d'une mole de phénol pour une mole de
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effectuée avantageusement dans un appareil de filtration et de préférence dans une machine centrifuge munie de dispositifs accessoires pour le lavage des cristaux et d'un dispositif pour le réglage de la température. La liqueur-mère passe par le conduit 23 et une partie de la liqueur de lavage passe par le conduit 26, puis
le
on les mélange et on les renvoie par/conduit 27 finalement dans
le réservoir d'alimentation 11 comme produit de recyclage. Le mélange de liqueur-mère et de liqueur de lavage à utiliser comme produit
de recyclage et qui est constitué par du phénol, des sous-produits de la réaction de l'acétone et du phénol et du 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane, passe dans la zone de transposition 47 par le conduit 27, s'il n'a pas été préalablement transposé dans le réacteur de transposition 47' ou si l'on utilise les deux zones de transposition.
Ci-dessous une comparaison entre des bilans de matières types, à ce stade du procédé, entre le traitement sans transposition et le traitement avec transposition :
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Il y a lieu de remarquer qu'à ce stade, la concentration en pour cent en poids des sous-produits est de nouveau sensiblement abaissée (6,6 % contre 11,2 %).
La pureté du produit brut, c'est-à-dire le produit d'addition d'une mole de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane pour une mole de phénol, dans un traitement sans transposition, eat en général de
62 % environ. L'adjonction de la transposition améliore typiquement à 73,6 % la pureté du produit. Ceci permet plus facilement -!ne purification plus efficace et avec un meilleur rendement et une plus grande productivité en produit plus pur.
Le mélange entrant dans le réacteur de transposition 47 en arrivant par le conduit 27 entre en contact avec le catalyseur constitué par une résine échangeuse de cations saturée de solvant phénolique, et qui a été de préférence estérifiée avec un mercaptoalcool. La résine est disposée sous forme de lit poreux dans le réacteur,qui est convenablement une chambre de forme allongée munie de dispositifs pour le réglage de la température. Dans le réacteur de transposition 47, une partie des sous-produits de la réaction du phénol et de l'acétone réagit à nouveau, c'est-à-dire subit une
<EMI ID=306.1>
propane.
On fait ensuite passer l'effluent du réacteur de transposi-
<EMI ID=307.1>
ce stade :
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Le reste de la liqueur de lavage provenant du séparateur 22 de solides et de liquide sort par le conduit 28 pour se mélanger
au courant sortant du réacteur dans le conduit 16, pour former.la charge alimentant le concentrateur par l'intermédiaire du conduit 1?.
Les cristaux lavés de produit d'addition 1:1 molaire de phénol et de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane sont évacués de la
zone de séparation de solides et de liquide par un conduit 29 vers une zone de fusion, convenablement un fondoir 30 tel qu'un réservoir à agitation muni d'un dispositif de régulation de température, dans lequel on fond les cristaux à une température de 130[deg.]C environ, en une masse fondue de 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane dans du phénol. Cette masse fondue est envoyée par le conduit 31 dans une zone d'évaporation finale. Dans la zone d'évaporation finale, qui convenablement comprend un ou plusieurs évaporateurs 32 industriels, du type pelliculaire, le phénol est séparé par évaporation du 2,2-bie-
(4-hydroxyphényl)-propane constituant le produit,de préférence
sous une pression suffisamment basse (par exemple 5 mm de mercure absolus), pour assurer une évaporation complets du phénol et le séparer du produit de l'évaporateur, à une température ne dépassant pas 200[deg.] C.
Le produit de l'évaporateur, consistant en un courant fondu
<EMI ID=309.1>
par le conduit 33 dans une zone de refroidissement, convenablement une écailleuse à tambour tournant.
Le distillat de l'évaporation finale passe par le oonduit
36 pour être mélangé à du phénol anhydre qui entre dans le traitement en provenance d'une source externe par le conduit 24.
<EMI ID=310.1> phénol, en acétone n'ayant pas réagi et en eau de la réaction, est envoyé par le conduit 37 dans une zone de distillation, dans le but de récupérer de l'acétone et du phénol essentiellement anhydres, pour les recycler. La zone de distillation peut être constituée
de deux colonnes 38 et 41 consistant chacune en une section de soutirage, une section de rectification et un rebouilleur et munie d'un réglage de la température et du rapport de reflux. Le distilla provenant du concentrateur entre à peu près au milieu de la colonne
38 ; l'acétone anhydre entre dans la colonne par le rebouilleur par le conduit 44. L'acétone et l'eau sont séparées de la charge dans la colonne et on obtient dans le fond de la colonne un mélange essentiellement anhydre de phénol et d'acétone, que l'on renvoie par le conduit 39 dans le réservoir d'alimentation du réacteur 11,
<EMI ID=311.1>
tant de la colonne 38, en ajustant la température au sommet de la colonne. Ce distillat, uniquement constitué par de l'acétone et de l'eau, sort de la colonne 38 par le conduit 40 et entre dans une seconde colonne 41 dans laquelle l'acétone et l'eau sont séparées
- l'eau sortant de la colonne sous forme de queues par le conduit
42 et l'acétone anhydre sortant de la colonne comme distillat par le conduit 43. Une partie de l'acétone venant de la colonne 41 est mélangée avec le mélange anhydre de phénol et d'acétone venant de la colonne 38 par le conduit 45, pour être recyclée par le conduit 46 vers le réservoir 11 d'alimentation du réacteur. Le reste de l'acétone anhydre venant de la colonne 41 est renvoyé dans le fond de la colonne 38 par le conduit 44 pour être réutilisé dans cette colonne.
Les colonnes fonctionnent de préférence sous une pression voisine de la pression atmosphérique.
les exemples qui suivent sont destinés à Illustrer la mise en pratique de l'invention et ils ne doivent pas être considérés
<EMI ID=312.1>
primé** en poids.
Exemple 24
On fait passer un mélange effluent type, destiné à être recyclé vers la zone de réaction dans le procédé décrit ci-dessus et comprenant :
<EMI ID=313.1>
dans un récipient tubulaire de réaction de transposition, ayant 1,83 m de longueur et 102 mm de diamètre intérieur, garni de
<EMI ID=314.1>
cations (oopolymère de styrène sulfoné et de 4 % de divinylbenzène, vendu par la Dow Chemical Company sous le nom de
<EMI ID=315.1>
avec du mercapto-éthanol. de la manière indiquée cidessus, puis saturée de solvant phénolique pour la
rendre anhydre, par immersion dans du phénol anhydre fondu. La quantité de catalyseur utilisée est de 4,0 milliéquivalents de H+ par gramme de résine sèche. Le mélange effluent est préchauffé
<EMI ID=316.1>
Une fois atteintes les conditions du régime permanent on recueille des échantillons du produit sortant du réacteur de transposition. On débarrasse les échantillons de leur phénol en les chauffant à 200[deg.]C sous la pression absolue de 1 mm de mercure. On détermine ensuite la teneur en sous-produits du résidu en extrayant d'abord avec du tétrachlorure de carbone le 2,2-bis-(4-hyJroxy-
<EMI ID=317.1>
puis en mesurant l'absorption de la lumière par la solution de sousproduit et en la comparant avec un étalon. L'analyse est la même que celle que l'on effectue sur le produit effluent n'ayant pas eubi de transposition. On trouvera dans le tableau I ci-après les résultats de l'analyse du produit effluent transposé. On a reproduit pour plue'de commodité les résultats de l'analyse du mélange effluent n'ayant cas subi de transposition.
TABLEAU
<EMI ID=318.1>
<EMI ID=319.1>
Exemple 25
On recommence en opérant comme dans l'exemple 24 en uti-
<EMI ID=320.1>
résultats de la réaction de transposition sont exposée dans le tableau II. Les valeurs obtenues avec les éohantillone n'ayant pas subi de transposition sont Indiquées à titre comparatif.
TABLEAU II
<EMI ID=321.1>
Exemple 26
On suit le mode opératoire de l'exemple 24, mais on utilise comme effluent à transposer le produit de la condensation, catalysée
<EMI ID=322.1>
pour la transposition est de nouveau le catalyseur de l'exemple
24. On obtient une transposition marquée des sous-produits de la réaction en 2,2-bis-(4-hydroxyphényl)-propane.
Cet exemple illustre la large possibilité d'application du
<EMI ID=323.1>
<EMI ID=324.1>
utilisé pour la condensation.
"Process for the production of biephenols" <EMI ID = 1.1>
The present invention relates to the preparation of biaphenola, by reaction of ketones and phenols, which occurs in the presence of a catalyst consisting of a specially conditioned polymer. Bile applies in particular to the preparation of
<EMI ID = 2.1>
the name of biephenol A, by condensation of phenol and acetone. The most commonly applied processes use strong mineral acids, such as sulfuric or hydrochloric acid, as a soluble catalyst or condensing agent for this reaction. Water is a by-product of the reaction, and the presence of these soluble and dehydrating acids presents problems which, although not insurmountable, are however costly and sometimes difficult to solve. The presence of water in soluble acid has not only
<EMI ID = 3.1>
yields, but dilutes the acid catalyst and forces the aid to be reconcentrated or discarded. The soluble acid comes into contact with all the metals which are themselves in contact with the reaction medium. Important and expensive equipment is therefore required, which
<EMI ID = 4.1>
these soluble acids in the product promotes the production of undesirable byproducts, hence contamination of the bisphenol by these byproducts and metallic eels, unless resorting to costly purification processes. Usually, most of these purification processes have to be carried out, in order to separate unreacted phenol, below 150 [deg.] C, if the soluble acid is present, even at l. state of traces. As a result, if distillation is applied, it becomes an expensive process requiring high vacuum.
The processes currently used in practice cannot provide industrial quantities of 2,2-bie- (4hydroxyphenyl) -propane with a sufficient degree of purity for all applications. For example, large amounts of
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in the flourishing field of epoxy resins and also in the <EMI ID = 6.1>
epoxy require a 2,2-bie- (4-hydroxyphenyl) -propane having a purity of at least 92% and applications to polycarbonate and polyhydroxyether resins require as raw material a
<EMI ID = 7.1>
It has been found that the presence of more than slight amounts of impurities exerts a detrimental and out of all proportion effect on the quality of these polymers. Known purification methods can improve the quality of commercially available 2,2-ble- (4-hydroxyphenyl) -propane to about 96% purity. This is generally sufficient for epoxy resin applications, but only complex purification processes can provide the high purity 2,2-bie- (4-hydroxyphenyl) -propane needed as a starting material for the manufacture. polycarbonate resins or polyhydroxyethers. In addition, these purification methods are costly in terms of time, equipment and materials consumed.
In the processes currently used for the manufacture of 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, phenol is condensed with acetone in the presence of a mineral acid as a condensing agent, or of a carbonate catalyst. condensation. Commonly used, and even preferred in these processes, mineral acids
very strong, like sulfuric acid and hydrochloric acid, in spite of the operational difficulties which they present. Even using these powerful catalysts, the known methods require long periods of contact between the reactants and the catalysts. Contact times of between 10 and 16 hours and more are not uncommon. Efforts to shorten the contact time which is, of course, economically important in an industrial process, have heretofore included either additional processing operations or the use of catalyst promoters.
For example, it has been proposed to include a digestion stage following the condensation reaction. This device is in essence quite simply a two-stage reaction and it only slightly decreases the contact time compared to an identical reaction carried out without digestion and does not significantly increase the purity of the product above previously obtained levels. Mineral acid catalyzed phenol and acetone condensations are not of interest due to the time required
for the reaction and the product obtained is only about 75-92% purity at best. This degree of purity is not at all suitable for
a starting material in the manufacture of polycarbonate or polyhydroxyether resins and it is just right, even after
that its quality has been improved, as a starting product for the fa-
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It is a known fact that the use of catalyst promoters markedly increases the rate of condensation of phenol and acetone to 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane. However, the contamination of the product increases proportionally. The substances which are usually used as promoters of the condensation reaction of phenol and acetone are solid, liquid or gaseous compounds which contain sulfur and which are soluble in the reaction mixture. In all the reactions known so far, these substances or their reaction by-products have invariably been found as impurities in the product. These impurities, which impart both a characteristic odor and a marked 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane color, can only be removed with difficulty, if at all possible.
The separation difficulties have up to � present neutralized the advances
of view
point / speed stages, obtained with promoters used in conjunction with mineral acids as catalysts in known industrial processes. The result is that the methods currently in use compromise either the rate of reaction by excluding the promoters or the purity of the product using them.
Due to the fact that we do not currently have large
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e <EMI ID = 10.1>
The Applicant has discovered a highly satisfactory process for the production of biephenols which reduces or avoids the difficulties of the processes known heretofore. She has found that the condensation of phenols and ketones can be achieved to produce bisphenols by using a polymeric cation exchange resin which is practically insoluble.
According to the process of the present invention, reacting a phenol, having an active hydrogen atom in the para position relative to the phenolic hydroxyl, with a ketone having at least one methyl group in the alpha position relative to the carbonyl group, the phenol being present in an amount greater than the stoichiometric equivalent and the reaction taking place in the presence of a polymeric cation exchange resin, practically insoluble, which serves as a catalyst, at a temperature of at least 40 [deg.] C.
These catalysts are in principle polymeric resins having cation exchange groups chemically bonded to them. Generally, these ion exchange groups are strong acid groups, such as sulfonic groups, which have a strong virtual power of exchange with basic ions,
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This catalyst is chemically stable and practically insoluble in the reaction medium at reaction temperatures which can range up to approximately 100 [deg.] C. Its efficiency is to some extent affected by the water formed during the reaction. But the reaction can be carried out until the accumulated water content matches the point where the reaction ceases. The product is then recovered, and the catalyst is regenerated. In addition, the use of the catalyst does not promote the production of by-products which are not intermediates in the reaction for the formation of bisphenols, which simplifies the process of � purification.
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determined primarily by the number of acid groups bonded to the polymeric resin backbone per unit weight. However, the catalytic power of the resin in this process is only partial.
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It is also of great importance for these acid groups to come into contact with the reagents.
Therefore, to be effective in the application of this method, the acid groups must be on the surface of the resin structure. However, it is not necessary that the resin structure has a shape? particular, although it is desirable to obtain a catalyst before the greatest possible contact surface for the exposure of the greatest possible number of acid groups. It is advantageous that the structure of the catalyst is also
<EMI ID = 14.1>
grains in order to increase the total contact surface, or else that this catalyst can be made porous. When using porous polymer structures, the pores should preferably be large enough to allow free passage of large organic molecules, such as bisphenols.
The particular polymer structure to which these strong acid groups are attached is not of critical importance to the application of the process. This structure must, however, make the polymer practically insoluble in the reaction medium and in any solvent to which the catalyst might normally be exposed. Highly cross-linked resins provide an effective means of achieving the required insolubility of these resins, although other means, such as crystallization forces, are sometimes strong enough to provide such insolubility without the need for this. reluctant! effective cation. We got big euc-
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sulfonic acid.
It is generally necessary, for the application of this
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acidic or hydrogenated. As some of these resins are sold in salt form or in sodium form, it is necessary to treat this before use, in order to transform the ion exchange groups into their acid form. It is usually easy to
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In general, excess acid is used and after regeneration, the excess acid is removed by washing with water, or with a suitable solvent to remove the salts liberated.
If, in such a treatment, water is used, it disperses in the resin network, which it swells somewhat.
Sometimes a moistened resin is sold to achieve the same effect. The Applicant has observed that the presence of this water in the polymer network of the ion exchange resin has a rather harmful effect on the yield of the catalyst, which it affects. A moistened resin. for example, can hold up to its own weight of water,
based on the weight of dry resin. For best results, water should be moved until less than about 1% is left, based on the weight of the resin, so
to present the maximum rate of condensation of the ketone groups and of the phenol.
resin by operating in organic solvents containing soluble acids, but this leads to a difficult problem of separating the saline by-products by washing with an organic medium.
We can achieve the displacement of water by several
manners other than neutralization or the use of washing media. For example, to move water, gold. can use phenol
and distillation or diffusion processes, or the resin can be dried in an oven or under vacuum. A dried resin, which
it has been left to soak for some time in molten phenol, which in its acid form constitutes a very effective catalyst for condensing
the phenol and the ketone used in the present process. If most of this water is not displaced, the acidic polymer resin exhibits only a weak catalytic effect. Although the Applicant
does not wish to be bound by a particular theory of operation, it believes that the water contained in the network of the polymer catalyst forms an effective screen around the ionic groups attached to the structure of the resin and that it prevents or delays the effect Catalyst for these groups in non-aqueous reaction media. Replacing this partially bound water with phenol greatly increases the availability of these ionic acid groups to such an extent that the resin thus modified becomes a very efficient catalyst.
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during the reaction by ease of use of these catalysts <EMI ID = 19.1>
polymers, there are no serious problems of corrosion, or dilution of the catalyst due to the release of water during the implementation of this process. The efficiency of the catalyst
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better functioning, in continuous operation, by carrying out the reaction until the water content of the reaction mixture
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prepared for the desired reaction, by removing water and using a dry, salt-free phenol-oetone feed liquor, the catalyst can be used effectively for long periods of time. To obtain maximum efficiency, however, it is desirable to re-dry this catalyst. The presence of metal salts can also reduce the effectiveness of the catalyst, so that it may be necessary to regenerate it by acid washing.
These catalysts are effective in promoting the condensation of phenols having reactive and substantially unhindered hydrogen which is in the para position with respect to.
with phenolic hydroxyl. These phenols can have one or more lower alkyl substituents, which are in the ortho and meta position relative to the phenolic hydroxyl, such as for example ortho and metacresol, 2,6-dimethyl-phenol, meta-xylenol, tetramethylphenol, and 2-methyl-6-tert-butylphenol, or else they may be halogen-substituted phenols, such as in particular ortho-and meta-chlorophenoJs and 2,6-dichlorophenol.
It is necessary, in the application of the process of the present invention, to operate with quantities of phenol greater than the stoichiometric ratio relative to the ketone, and in general with at least two moles of phenol per mole of ketone. In the acetone-phenol reaction, for example, the molar ratio of phenol to acetone is preferably between 3: 1 and 20: 1. The
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phenol to acetone between about 6: 1 and 12: 1, in a continuous process, a somewhat higher conversion rate is obtained per pass, as well as a slightly better yield of acetone. It is possible to use the catalyst of <EMI ID = 23.1>
alpha to oarbonyl. It is particularly desirable
<EMI ID = 24.1>
The operator prepares and maintains the desired reaction temperature until the water content renders the catalyst inactive or reactivated.
<EMI ID = 25.1>
the product can be recovered by filtering off the insoluble ion-exchanged resin, followed by recovery of the product. In continuous operation, the phenol-ketone mixture can be passed over a fixed or moving bed of catalyst at a rate such that the water content of the reaction phase can be kept within tolerable limits. If desired, several stationary beds can be used to continuously remove and regenerate or dehydrate a portion of the catalyst, and then return it to the reaction zone.
We have found that these ion exchange resins are generally effective in the acid form at moderate temperatures.
<EMI ID = 26.1>
sirable, as by-product formation appears to increase rapidly above this temperature, without a concomitant increase in the rate of bisphenol formation or in yield. In addition, there may be some dissolution of the resin at
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tolerable when using liquid acids such as sulfuric acid, because in the latter case the formation of sub-
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With solid polymer resins containing solidly attached acid groups, temperatures are preferably applied *
<EMI ID = 29.1>
tion increases with an increase in temperature, but at the same time the formation of by-products may also increase.
<EMI ID = 30.1>
a high rate of transformation without blocking the column or crystallizing the phenolic complex in the apparatus. However, in continuous operations, temperatures can be applied
<EMI ID = 31.1>
The pressures applied do not appear to have a critical influence in the performance of the process. Atmospheric pressure seems to be the most comfortable in general. but an increase in pressure may be highly desirable. One can also apply
<EMI ID = 32.1>
gives a slightly higher pressure to compensate for the pressure drop due to the resistance of a compact bed to flow
<EMI ID = 33.1>
not necessarily critical in discontinuous operation. The bisphenol produced is generally not affected by prolonged contact with the catalyst. Phenol, acetone and bisphenol A, for example, as well as limited amounts of water, can be in contact with a catalyst saturated with phenol for extended periods of time and allow recovery of commercially appreciable amounts. economical 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) propane. The reactants not separated, after dehydration, can be recycled.
In general, at a reaction temperature between 50 and 100 [deg.] C, the optimum contact time depends mainly on the amount of polymer catalyst, its acidity, its state or porosity, its capacity to ion exchange and the specific amount of reactants and water formed during the reaction. With an equal degree of exchange capacity and porosity, a few batches of catalyst perform better, so that in the final analysis the selection of the most desirable catalysts for use in the present process is effected by steps of. 'test of sufficient duration to indicate the appro-
<EMI ID = 34.1>
lyser, to achieve a stable level of production.
When such a catalyst is used in batch mode, a catalyst initially saturated with dry phenol, placed in a dry feed liquor, will produce for the case of a total conversion about 1 kg of bisphenol per kg of dry catalyst before that the water content does not create difficulties. The catalyst can then be separated by filtration, washed and dried, suspended in dry phenol to have it ready for a new application. Such a cycle can be repeated indefinitely, unless traces of alkalis or metal ions block the acid groups attached to the catalyst. The catalyst which has become inactive can then be regenerated, if desired, by the action of an acid, then washed, dried and treated again with phenol, in order to have it ready for a new application.
Excessive wear and high heat should be avoided when performing such regeneration.
In the case of a fixed bed column, operating continuously or semi-continuously, the ratio between equivalents of catalyst and moles of ketone is fixed by the ratio between the ion exchange power and the bulk density, thus than the porosity of the reain. The flow rate of the reagents must be adjusted as a function of the percentage of transformed ketone which is desired to be obtained in each cycle. In general, the Applicant prefers to operate continuously so as to obtain a sufficient duration of presence of the reagents in the column in order to ensure a degree of conversion for acetone.
<EMI ID = 35.1>
If desired, it is possible to operate continuously at any desired acetone conversion rate per pass, depending on the economic conditions which it is desired to impose on the process.
The recovery of the product obtained by this process is relatively easy and it can be done according to several processes. In batch operation, it appears that a suitable method of separating bisphenol-A is crystallization of the phenolic complex after separation of the insoluble polymeric catalyst. The original catalyst, or the fine particles to which it gave rise, can be separated by filtering the reaction medium at a temperature above the point of crystallization of the phenolbisphenol-A complex, for example at 65 [deg.] C, while cooling the filtrate to precipitate this complex, for example at a temperature of
between 40 and 65 [deg.] C. and recovering the purified crystals of phenol-bisphenol-A complex. This complex can then be distilled to obtain the bisphenol-A as a residue, which gives a dry distilled phenol ready for recycling. The bisphenol-A residue is generally of very good commercial quality and often reaches a purity of at least 95%. The other bisphenols produced by application of this process can be separated from the unreacted ketone and phenol by crystallization or precipitation techniques. Although some dissolved bisphenol, as well as most by-products, may remain in the filtrate after application of these separation methods, distillation or any other suitable method can be used to recover the bisphenol. as well as the phenol to be recycled.
The following examples are an illustration of the process.
Example t
Phenol and acetone are mixed in the molar ratio of 10 moles of phenol per mole of acetone, and this mixture is sent by a pump through a glass column 254 cm long,
<EMI ID = 36.1> free acid, and displacement of the remaining water by means of phenol by azeotropic distillation. This distillation was carried out by adding 2000 g of phenol to the washed ion exchange resin, and heating the mixture at S5 [deg.] C for one hour under a pressure of 20 mm of mercury to drive off the water. by distillation, at the same time as an azeotrope of water and phenol passes.
The column saturated with phenol is maintained at a temperature of 75 [deg.] C + 0.5 [deg.] C, and the operation is carried out continuously for fourteen hours, the flow rate of almost dry phenol and acetone being maintained between 630 and about 650 g per hour, except during the first three hours, where 734, 703 and 678 g per hour were passed respectively. We
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is the effluent of the first and second hour; he wakes up at
1,437 g. Sample B is the effluent of the fifth and sixth hour, it amounts to 1247 g. Sample C is the thirteenth and fourteenth hour effluent, amounting to 1,288 g.
Each of these samples is treated identically. The sample is cooled with stirring to 27 [deg.] C to precipitate part of the phenol and the 2,2-bie- (4-hydroxyphenyl) propane complex mixed with phenol, and filtered through a funnel containing a sintered glass plate. The filter cake is compressed, and vacuum dried under a mercury pressure of 15-20 mm, and then weighed. The crystalline product recovered from sample A weighs 338 g. That obtained from sample B weighs 208 g;
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The filter cake is washed with a total of 150 ml of distilled water to remove free phenol; the operation is carried out by washing several times and drying by suction under vacuum, as indicated above. The dried filter cake is distilled with a temperature
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does not contain renin = by-products. Its melting point is between 155 and 157 [deg.] 0.
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<EMI ID = 41.1> an oily layer. The oily layer, which is mainly phenol, is distilled at a vessel temperature of 2000C under 0.2 mm of mercury. A new quantity of 2,2bis- (4-hydroxyphenyl) -propane is thus obtained in the distillation residue, which amounts respectively to 15 g, 9.5 g and 13.5 g for samples A, B and C. .
The mother liquor from the first filtration is distilled with a vessel temperature of 200 [deg.] C. under a pressure of 0.2 mm of mercury, after taking a small sample for determination of acetone. An aliquot of the distillation residue is recrystallized from an equal weight of toluene, the crystalline 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane is recovered and dried. The weight of this product contained in the whole mother liquor is then calculated, and one finds a content of 42 g, 49 g and 53 g of 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, respectively, in samples A, B and C.
The following table summarizes the results for the three samples.
<EMI ID = 42.1>
Example 2
<EMI ID = 43.1>
but by modifying the molar ratio between phenol and acetone and the contact time. We get the following results
<EMI ID = 44.1>
Example 3
The conditions and procedure of Example 1 are repeated, but by modifying the temperature of the column and the contact time. The following results are obtained:
<EMI ID = 45.1>
Example 4
Example 1 is repeated, but modifying the contact time. The following results are established:
<EMI ID = 46.1>
Example 5
The operating conditions of Example 1 are repeated, while modifying the contact time and the water content of the reaction mixture. The following results are obtained:
<EMI ID = 47.1>
Example 6
<EMI ID = 48.1>
of phenol and 250 g of dehydrated catalyst and treated as indicated in Example 1. The catalyst is separated by filtration at
<EMI ID = 49.1>
mercury. The residue, mainly 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) propane, weighed 137 g. This weight corresponds to a transformation rate
<EMI ID = 50.1>
Example 7
We pass through the equipment of example 1 a
<EMI ID = 51.1>
at a flow rate ensuring a contact time of forty-seven minutes. 5.6% of the acetophenone is converted into bisphenol (melting point:
180 - 184 [deg.] C).
Example 8
We pass through the equipment of Example 1,
<EMI ID = 52.1>
at a flow rate allowing a contact time of 41.5 minutes. The conversion of 16.0% of acetone to the bisphenol of oresol is obtained.
Example 9
<EMI ID = 53.1>
the
toluene, and washed with water to separate a few suspended catalyst particles. The toluene solution is distilled, after washing, at 200.degree. C. and at 0.25 mm of mercury. The residue, <EMI ID = 54.1>
no more free acid, and dehydrating the water-swollen polymer by azeotropic distillation of the water with phenol. The excess phenol is filtered off, which leaves the catalyst ready for use.
Example 10
<EMI ID = 55.1>
oyclohexanone, 643 g of o-chlorophenol and 130 g of catalyst
(DOWEX 50 X-4, trade mark le for a sulfonated exchange renin
<EMI ID = 56.1>
washing and distilled at 200 [deg.] C under 25 mm of mercury. The residue, mainly 1,1-bis- (4-hydroxy-3-chlorophenyl) -cyclohexane, weighs 30 g. This weight corresponds to a rate of transformation of cyclo-
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The Applicant has also found that the catalytic efficiency of the resin is significantly increased by partially esterifying it with a marcapto-alcohol.
Therefore, according to the present invention, a process for making bisphenole by reacting a phenol having a hydrogen atom in the para position with respect to the hydroxyl group of the phenol with a ketone having at least one methyl group in the alpha position with respect to the. carbonyl group, the phenol being present in excess of the stoichiometric amount of the reaction carried out
in the presence of a practically insoluble cation exchange resin serving as a catalyst, is characterized in that this cation exchange resin is partially esterified by means of a mercapto-alcohol.
The insoluble cation exchange catalyst of the present invention provides a rapid rate of reaction between the phenol and the ketone and leaves no contaminants or odor capable of affecting the quality of the bisphenol produced. We thus avoid stages <EMI ID = 58.1>
notably the production spawns.
The catalysts used herein can be prepared.
<EMI ID = 59.1>
ture of this renin, but one can also influence or confer this Insolubility by acting on other factor @, such as the molecular weight and / or the degree of criatallinity of the resin or the polymer.
However, the chemical structure of the polymer or resin backbone is not critical to the operation of the catalysts of the present invention. For example, these re-
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sulfonated resins of cross-linked styrene, sulfonic acid resins derived from formaldehyde-phenol, sulfonic acid resins derived from formaldehyde-benzene. The only specifications critical and necessary for their operation are their insolubility, the possession of a cation exchange power and a
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The ion exchange power of these resins is determined by the number of cation exchange groups bound to the polymer structure. This is generally referred to as "capacity
<EMI ID = 62.1>
of these resins by their "exchange capacity" expressed in milliequivalents per gram of dry resin, or this capacity can be determined by passing a solution of a salt such as NaCl through a resin sample and titrating the effluent solution. We then calculate the exchange capacity from the formula:
<EMI ID = 63.1>
where ml is the number of milliliters of titration liquor added, N is the normality of this liquor, and P the weight of the e-
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However. a more precise oriter of the effectiveness of a
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The "exchange rate" is the number of cation exchange groups available for contact with the reagents. Contact of the ion exchange resins with the reagents does not occur.
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Renin providing maximum surface area is highly desirable. For example, a finely ground resin or fine beads or microspheres preferably having a porous nature, can serve to provide the greatest possible number of groups available for this ion exchange.
The Applicant particularly prefers resins having a high exchange capacity for basic ions, and particularly those which have an exchange capacity of at least
2 milliequivalents per gram. However, it is possible to use in the implementation of the process of the present invention resins of which
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The resins have a large number of strong acid groups chemically bonded to the residues of the polymer, and we particularly prefer resins having sulfonic acid groups.
While one would expect that the effectiveness
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that the catalytic efficiency of the resin thus prepared is greater
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efficiency is particularly increased when esterified by 3
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<EMI ID = 71.1>
ions, it is found that the reaction rates between phenol and ketone decrease proportionally as the
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esterify between 5 and 15% of all available cation exchange groups, since it has found that such resins are the most effective catalysts for the implementation of
the present invention. We can easily determine the percentage
of esterified groups by measuring the exchange capacity before and after esterification, and by determining the percentage difference. This percentage constitutes a reasonable equivalent of the degree of esterification by the mercapto-alcohol.
The mercapto-alcohols for esterifying the cation exchange resins of the present invention are aliphatic hydroxythiols containing at least one hydroxyl group and at least one / mercapto group, although they may have additional hydroxyl and mercapto groups. The Applicant particularly prefers (lower alkyl) mercapto-alcohols (hydrcxy-alkylthiols) containing from one to six carbon atoms in the alkyl group. Mercaptoethanol. mercapto-propanol and mercaptobutanol provide particularly good results.
Esterification of the cation exchange groups of the resin is easily accomplished without requiring the addition of a high temperature catalyst or other type of catalyst, although a catalyst can be used if desired. Preferably, the Applicant slowly adds the mercapto-alcohol to an anhydrous and fluid mixture containing the resin, preferably in an inert and neutral organic solvent such as, for example, heptane, benzene and the like. Stirring in the fluid medium causes good mixing of the mercapto-alcohol and allows uniform partial esterification! through the entire mass of the resin without localized areas of total esterification, which could inactivate some particles of the ion exchange resin.
In order for esterification to take place and for the catalyst to exert an effective action on the reaction of the present invention, it is necessary that the cation exchange group be formed.
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such resins, it is necessary to regenerate the balance by washing the resin with an acid. With * sulfonated resins *, for example, we prefer washing with a sulfuric acid solution, although other acids can be used if desired to effect this regeneration. The soluble salts formed during this regeneration can be removed from the resin by additional washes of the resin with water or with other solvents.
Before using these esterified cation exchange resins for the condensation of phenols with ketones, it is necessary, in order to obtain the maximum reaction yield, that the resin be practically anhydrous, that is to say that it contains less from 2 to 3% water by weight. It has been found that the presence of an amount of water greater than these 2 or 3% in the reaction zone seriously decreases the reaction rate and the bisphenol yields when carrying out the present process. Since water is a by-product of the reaction, the amount of water present needs to be carefully regulated and controlled.
The dehydration of the resin is easily carried out before or during use by various means. Heating to dryness in an oven or heating with an agent generating an azeotrope with water is a satisfactory means. The Applicant has also found that immersing the resin in phenol or heating a mixture of phenol and resin constitutes a particularly advantageous means of dehydrating the resin. It is also possible during the performance of the process to carry out the reaction with a high flow rate and a low conversion rate per pass so as to obtain practically anhydrous conditions for the subsequent passes. This is why the Applicant prefers to conduct the reaction of the phenol and of the ketone until a level of conversion is obtained.
<EMI ID = 74.1>
continuous reaction of the resin serving as a catalyst while maintaining substantially anhydrous reaction conditions, i.e. this procedure limits the water content to less than 2 to 3% and
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which is most desirable.
The present catalyst is an effective promoter of the reaction between a ketone and phenols having a hydrogen atom.
<EMI ID = 76.1> The phenols used can have one or more substituents in the ortho position and / or in the meta position with respect to the phenolic hydroxyl, such as for example alkyl groups, a halogen or other similar non-reactive groups. As examples of such
<EMI ID = 77.1>
meta-xylenol, tetramethylphenol, 2,6-di-tert-butylphenol and other alkylated phenols as well as halogenated phenols such as ortho- and meta-chlorophenols and 2,6-dichlorophenol. The substituents on the phenolic nucleus must be such that they do not prevent or alter the reactivity of the hydrogen atom placed in the para position with respect to the phenolic hydroxyl. The Applicant particularly prefers the phenol itself.
(C6H50H) as a phenolic reagent.
As a ketone, the Applicant prefers to use acetone,
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relative to the carbonyl group are also of interest and can be used to carry out the process. For example, ketones having aliphatic or aromatic substituents, such as methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, acetophenone and methyl vinyl ketone, can be used. Cyclic ketones can also be used, for example cyclohexanone.
The reaction proceeds readily when there is an amount of phenol slightly greater than the stoichiometric amount relative to the ketone present in the reaction zone and in contact with the esterified resin serving as a catalyst. It is generally beneficial to have 3 moles of phenol per mole of ketone, although up to. 20 moles of phenol, or more, per mole of ketone. However, the use of phenol in amounts greater than those corresponding to the above-mentioned ratios does not provide any additional advantage in reaction speed or ease of implementation, and the process even becomes somewhat uneconomical. The Applicant prefers, in order to ensure the highest conversion rates and the greatest reaction yield, to use molar ratios between phenol and
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The time required for the reaction depends to a large extent on the molar ratio of phenol to ketone, the exchange capacity of the resin, the degree of esterification, the reaction temperature, the desired rate of transformation per pass and the water content of the reaction mixture. With the preferred limits stated above, a residence time of 20 to 60 minutes generally provides an approximate level of 50% transformed ketone.
The present catalyst is suitable for continuous or discontinuous operation. Continuous operation on a fixed resin bed can be achieved by operating most satisfactorily at temperatures between 70 and 98 [deg.] C. High rates of conversion of phenol and ketone to bisphenol are not easily achieved
at temperatures below 65 [deg.] C due to the crystallization of phenol and bisphenol in the apparatus, which causes column blockage. Lower temperatures, down to 40 [deg.] C, are however satisfactory for batch productions.
Pressure does not appear to be of critical importance in the process of the present invention, and although atmospheric pressure is most suitable, pressures above or below atmospheric pressure can be used if desired. The resistance to flow offered by a packed bed of ion exchange resin used in a column operating
in continuous operation requires at the inlet of the column a pressure which is slightly higher than that prevailing in the enclosure of the column, although it is possible to use a flow by gravity.
The recovery of the biephenol produced by the process of the present invention is simple and can be carried out in several ways, for example by filtering the reaction mixture to remove the solid catalyst at a temperature above 65 [deg.] C. To recover the bisphenol or bisphenol-phenol complex crystals, the catalyst-free filtrate can be cooled to between 40 and 65 [deg.] C, filter the crystalline bisphenol and distill preferably so as to obtain a dry and recyclable phenol distillate. and a residue of
<EMI ID = 80.1>
filtrate some bisphenol, phenol and most of the resinous reaction by-products; they can be recovered by recycling, distillation, crystallization or by other suitable means.
<EMI ID = 81.1> without particular stages of purification, very high purity, generally 95 to 98%, and not contaminated by odors or traces of catalysts or by-products. Similarly, the yields are proportionately high and significantly higher than those resulting from the action of the unesterified resin.
The following examples illustrate the present invention:
<EMI ID = 82.1>
A cation exchanger resin of cross-linked and sulfonated polystyrene is dried at 75-85 [deg.] C until its water content is.
<EMI ID = 83.1>
with N-heptane (boiling point: 9800). The heptane remaining in the moisture-free resin is evaporated by heating the resin.
<EMI ID = 84.1>
To determine the resin exchange capacity, about 20 grams of dry resin is carefully weighed into a 50 ml beaker and washed with distilled water; we introduce resin and distilled water
<EMI ID = 85.1>
fitted with a shut-off valve. The wetted resin is allowed to swell to 200 to 300% of its original volume before pouring it into the column.
400 g of a solution are passed through the resin bed.
<EMI ID = 86.1>
per minute, and the effluent is collected in a graduated flask of
1 litre. Initially, the effluent is acidic because the Na + ions drive the H + ions from the aulfonic acid groups bound to the backbone of the polystyrene resin. Replacement or exchange of all
<EMI ID = 87.1>
sunflower. At this time, the exchange is complete. The resin thus exchanged is washed with distilled water; the effluent is made up to 1 liter with distilled water. A 25 ml aliquot of effluent is titrated with a titrated 0.1 N NaOH solution, using phenolphthalein as an indicator. It is thus determined that the weight of
<EMI ID = 88.1>
ends the exchange capacity by the following calculations:
25 ml aliquot = 24.40 ml 0.1017 N NaOH
<EMI ID = 89.1>
<EMI ID = 90.1>
The previous procedure is repeated using a poly-
<EMI ID = 91.1>
eultate showing the total exchange capacity of the two resins used.
by the preceding determination, one obtains the exchange capacity of the resin, or the number of eultonic acid groups present in the cation exchange resin.
<EMI ID = 92.1>
The resin, the exchange capacity of which has just been determined, is mixed with 1.25 times its weight of normal heptane and the mixture is heated to a boil with stirring under reflux until no more is seen. water separating in the water trap. Having thus ensured anhydrous conditions, there is a resin ready for the esterification stage.
A sufficient quantity of mercapto-alcohol is added dropwise to esterify 5 to 15% of the sulfonic acid groups of the resin, and the water of reaction is collected in a trap located on the reflux circuit. When the reaction is complete, as indicated by the stoichiometric amount of water collected, the esterified resin is filtered, washed several times with normal heptane and dried at 75 to 85 [deg.] C. We determine according to the mode
<EMI ID = 93.1> <EMI ID = 94.1>
following formula
<EMI ID = 95.1>
<EMI ID = 96.1>
<EMI ID = 97.1>
of mercury. The resulting solid product contains 60 to 65% of
<EMI ID = 98.1>
as a surface coating.
The catalyst is added to a mixture of phenol and acetone
<EMI ID = 99.1>
slow catalyst hydrogen per mole of acetone. The reaction mixture is heated while stirring, under reflux at temperature
<EMI ID = 100.1>
for the periods of time indicated in the table, and varying from one to five hours. At the end of this time, the catalyst is filtered off from the reaction mixture and washed with one mole of phenol. The filtrate plus the washing liquid is then distilled off at
200 [deg.] C under a vacuum of 0.5 mm Hg. Bisphenol is obtained as residue, which crystallizes on cooling. The table below shows the yield in percent of bisphenol for various reaction times and temperatures with esterified catalysts.
<EMI ID = 101.1>
<EMI ID = 102.1>
<EMI ID = 103.1>
<EMI ID = 104.1>
The comparison of tests N [deg.] 11 and 12 shows that when the other factors are kept constant, a degree of eerification as low as 3% provides a significant increase in the percentage of yield, or in other words an increase. important reaction rate. The results of tests 11 and 13 show the effect of the reduction in the duration on the yields obtained with a catalyst which has not undergone esterification. A comparison of tests N [deg.] 11 and 14 indicates that a resin esterified at 3% provides yields equivalent to those obtained with a double contact time in the case of a non-esterified resin.
Tests N [deg.] 15, 16 and 17 demonstrate that higher yields are obtained with the esterified catalyst even when the reaction time is greatly reduced, which ordinarily should reduce
<EMI ID = 105.1>
The gradual increase in yield which can be obtained with a gradual increase in the degree of esterification is evident if we consider tests N [deg.] 18, 19, 20 and 21. Keeping constant the other factors such as As temperature, molar ratio and time, increasing the degree of esterification causes the increase in yield. Test N [deg.] 21, which constitutes a preferred embodiment, gives yields comparable to those of any other known process. Esterification to about 20% is a maximum because above this value the decrease in the number of cation exchange groups has an unfavorable influence on the catalytic efficiency of the resin.
It is important to note that the bisphenol obtained as a residue in the above examples is free from any trace of catalyst or promoter, and is suitable for very delicate applications without requiring subsequent purification.
The present invention further provides a continuous process
<EMI ID = 106.1> <EMI ID = 107.1>
the stoichiometric amount, in the presence of a substantially insoluble cation exchange resin as a catalyst, consists of contacting the phenol with acetone under substantially anhydrous conditions, in a reaction zone in the presence of the resin, at a temperature of 30 [deg.] C to 125 [deg.] C, separating the effluent from the reaction zone into two streams, one stream containing 2,2bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, adduct 2 , 2-bis- (4hydroxyphenyl) -propane-phenol, reaction byproducts and phenol and the other stream containing acetone, water and
phenol, removing the reaction by-products from the first stream, recovering 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, and recycling the reaction by-products, phenol and acetone to the reaction zone.
The dimensions of the reaction zone are not critical, provided the appropriate contact of the reactants with the cation exchange resin is obtained. Suitable reaction zones, for example, consist of large cross-sectional areas such as reaction chambers, tank or autoclave and small cross-sectional areas such as tubular reactor and coil. A large number of reaction zones connected in series or in parallel can be applied in the present invention. Advantageously, these zones are provided with devices for adjusting or maintaining the temperature and with means for preventing the catalyst from being entrained in the effluent.
The residence time of acetone and phenol in the reaction zone can vary to a very large extent depending on the specific molar ratio of the reactants, the amount and type of cation exchange catalyst applied, the temperatures applied, the percent desired conversion rate, etc. The residence time, as a minimum time, is the time sufficient to initiate the reaction and, as a maximum time, the time sufficient for a substantially complete interaction between the reactants present. We prefer a 20% conversion of the reactants as a minimum and an 80% conversion as a maximum. Bile in particular prefers
<EMI ID = 108.1> .ion causes the reaction rate to drop rapidly and <EMI ID = 109.1>
of product per unit of time. No residence time is critical in the present invention with respect to yield, the same extremely high yields being obtained with relatively short contact times and with low conversions and with long contact times and high conversions. Contact times
<EMI ID = 110.1>
better, given that they provide yields of 99% of the theoretical yield, relative to the acetone consumed, of 2,2-bis-
(4-hydroxyphenyl) -propane, having extremely high purity.
The phenol applied here is only for the phenyl hydroxide, and the acetone applied here is for the dimethyl ketone only.
The process of the present invention is preferably carried out with more than 2 moles of phenol per mole of acetone present in the
<EMI ID = 111.1>
per mole of acetone. Higher phenol / acetone ratios, i.e. about 12: 1 or more, are suitable when the temperature of the reaction zone becomes relatively low, as this prevents the build-up in the reaction zone of solidified reaction products or crystallized adducts of phenol with the products of the reaction. A ratio of 6: 1 to 12: 1 of phenol to acetone is particularly suitable.
At a conversion of 50% based on the acetone consumed, a phenol / acetone ratio of 10: 1 is particularly preferred. While small amounts of substantially inert solvents, such as pentane, cyclohexane or benzene do not completely inhibit the reaction, they make the separation phases complicated in the process and their presence is not particularly desired.
It is essential to maintain high rates of training
<EMI ID = 112.1>
substantially anhydrous, i.e. containing less than 2.0% by weight of water, are charged to the reaction zone, since the overall efficiency of the process of the invention depends on the presence of less 2.0% water in the reaction zone for optimum catalysis with cation exchange resins -
The temperature in the reaction zone should be such
<EMI ID = 113.1>
low will be the temperature applied in the reaction zone, the more
<EMI ID = 114.1> <EMI ID = 115.1> so as to avoid the blockage of the column by solidified 2,2-bis- (4hydroxyphenyl) -propane or its adduct crystallized with phenol. Application of temperatures so high as to degrade the 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane reagents or cation exchange resin, or which produce an undesirable rate of by-product formation is to avoid. The specific temperature applied can vary between 30 [deg.] C and 125 [deg.] C depending on the other operating conditions in the reaction zone, such as the percentage of conversion per pass, the residence time or the contact time between catalyst and reactants and pressure. In order to avoid the obstruction of the reaction zone by solidified reaction products, which can happen
<EMI ID = 116.1>
Reasonable rates of conversion to 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, preferred temperatures are between 40 [deg.] C and 100 [deg.] C.
Optimal results in both reaction rate and yield are obtained by applying
<EMI ID = 117.1>
preferably sequent these temperatures. The reaction zone can work at atmospheric pressure or at pressures lower or higher than atmospheric pressure. Also within the scope of the present invention is the fact of applying an inert atmosphere in the reaction zone. In general, the application of atmospheric pressure or a slightly elevated pressure is preferably suitable to ensure the proper flow of materials through the system in continuous operations.
Another advantage of the present invention is that one should not apply a pressure greater than atmospheric pressure in the reaction zone to maintain the concentration of the catalyst at the desired value during operation as one should. with the already known processes which apply inorganic acid catalysts in the gaseous or vapor state and sometimes catalyst promoters in the gaseous or vapor state.
Cation exchange resins are applied as solid state catalysts in the continuous process of the present invention. These resins are insoluble in the reaction mixture and therefore the problem of separation of the gas is avoided. <EMI ID = 118.1>
remains in the reaction zone and does not appear elsewhere in the equipment used for carrying out the process. Its duration of use in this process is almost infinite and does not present the need for regeneration. Care is taken to avoid the admission of ions of basic metals, such as sodium, potassium, or
<EMI ID = 119.1>
resin ion exchange groups. The use of the insoluble catalyst provides the following additional advantages (1) elimination of the need to apply a corrosion resistant material.
<EMI ID = 120.1>
thiseairea the neutralization phases which are common to other processes.
Ion exchange resins useful in the present process consist of substantially insoluble polymeric structures with acidic cation exchange groups chemically attached thereto. The exchange potential of the attached acid groups and their number available to come into contact with the phenol and acetone reaction mixture determines the catalytic efficiency of a particular ion exchange resin. Thus, although the number of acid groups attached to the polymer structure of the resin determines the theoretical "exchange power", a better criterion of the catalytic efficiency is the number of acid groups available for contact with the reactants. This contact can only take place at the surface of the resin; therefore, a form of resin which provides a
<EMI ID = 121.1>
is highly advantageous and provides the highest rate of reaction and reaction economy in this process. The particular form
<EMI ID = 122.1>
Ion exchange resins should be practically
<EMI ID = 123.1>
which resin can be applied. The insolubility of the resin generally results from a high degree of crosslinking in the resin but may be due to other factors, such as high molecular weight or high degree of crystallization.
<EMI ID = 124.1>
be converted into the hydrogenated or acidic form before their application in this process. The conversion can conveniently be effected by washing the resin with a solution of a suitable acid. For example
<EMI ID = 125.1>
salt.
Often it happens as a result of either the washing operation indicated above or the manufacturer's packaging process. that the
<EMI ID = 126.1>
se of ions in the process of the Applicant. Appropriate techniques
<EMI ID = 127.1>
<EMI ID = 128.1>
anhydrous conditions does not need to be treated again at any time during the implementation of the method. Follow-
<EMI ID = 129.1>
admission into the apparatus for carrying out the process, simply by passing the reaction mixture through the catalyst <EMI ID = 130.1>
<EMI ID = 131.1>
and by phenol.
The Applicant has found that the oatalytic efficacy of
<EMI ID = 132.1>
Equivalently activated mineral acid analyzers. The conta-
<EMI ID = 133.1>
<EMI ID = 134.1>
the advantage resulting from a markedly accelerated reaction rate disappears by contamination of the product.
All the advantages of an activated reaction can be obtained without simultaneously causing any contamination of the product, by partial esterification of the cation exchange groups attached to the reticular structure of the polymer resin, by means of a mer-
<EMI ID = 135.1>
resin cation exchange groups. This activated catalyst according to the invention is preferably applied because of the faster reaction rate and the absence of odor or other sulfur contamination of 2,2-bie- (4-hydroxyphenyl) -propane prepared with the
<EMI ID = 136.1>
of partially esterified ion-exchanged resin is described above.
Remarkable yields and savings per kg of catalyst are made possible by the application of these solid ion exchange resins. Experimental tests show that the resins retain their catalytic efficiency for unlimited periods of time. 300 kg of 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane are obtained, <EMI ID = 137.1>
catalytic activity. Thus, with the resins described above, a continuous and automatic process can be carried out without any problem of catalyst regeneration.
To start the reaction, the phenol and the acetone are heated,
<EMI ID = 138.1>
water by weight as maximum and preferably in the dry state, that is to say less than 0.2% water by weight, at the reaction temperature and pass them through a fixed bed of exchange resin of cations, preferably from top to bottom, under low pressure to maintain an appropriate rate of flow through the bed, although gravity flow through the column is also suitable.
The effluent from the catalyst bed passes through a concentration apparatus, which can be any film type vaporizer, preferably one operating with a liquid-vapor countercurrent and in which all water and water are removed. acetone and a portion of the phenol as an overhead.
Depending on the temperature of the effluent from the reactor and the pressure applied in the concentration apparatus, the reaction mixture may be heated or cooled so as to cause the evaporation of all the water of reaction, and of the acetone.
<EMI ID = 139.1>
a certain amount of phenol vapor, leaving as a residue 2,2-bie- (4-hydroxyphenyl) -propane, phenol and by-products. The temperature of this concentration should not be so high as to decompose 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) propane and the reaction preferably takes place at a temperature below.
<EMI ID = 140.1>
such that practically complete evaporation of the acetone and of the water is obtained, leaving at least one mole of phenol per mole of 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, and preferably 4 at
10 moles of phenol, in the residue as well as practically all of the by-products and 2.2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane.
The concentration of the effluent simplifies the recovery of
<EMI ID = 141.1>
product and allows its composition to be monitored. This determination of the amount of phenol in the composition can be used to raise the crystallization point of the adduct, and thereby facilitate washing of the adduct with dry phenol at a desirable temperature. The concentration also serves to isolate the portion of the product stream containing the water, and the dehydration can then be carried out by distillation at any suitable temperature or time.
The top fraction comprising acetone, water and phenol, coming from the device to be concentrated, circulates in a dehydration zone to remove the water leaving the acetone and the phenol which are recycled. in the process. The Applicant has found that this dehydration can be carried out in an improved manner by bringing the mixture of acetone, water and phenol into contact with an ascending stream of dry acetone vapors. This avoids the addition of another component in the reaction process and allows the recycling of phenol and anhydrous acetone. In this process, the mixture is admitted laterally into the column and anhydrous acetone is introduced at the bottom of the column which is preferably maintained at a temperature between 155 [deg.] C and 165 [deg.] C, at atmospheric pressure.
Dry acetone rises in the column in contact with the feed and effectively removes water therefrom. The wet vapors containing acetone are taken from the top of the column which is advantageously maintained at a temperature of 58 [deg.] C when the atmospheric pressures are carried out by adjusting the reflux ratio. The temperature control at the top of the column is necessary to ensure that an acetone-water distillate without phenol passes to the second column where the water is removed by fractional distillation. The recovered dry acetone is recycled.
The residue from the first column and consisting of anhydrous phenol and acetone is recycled.
The water from the residue can be discarded from the second column without the need for further purification.
<EMI ID = 142.1>
a triphenol, is fed into a crystallization sound. "Crystallization can be carried out by cooling the residue from the concentration apparatus to a temperature below the melting point of the adduct, between
<EMI ID = 143.1>
lization varies according to the operating conditions in the concentration apparatus. By distillation of more or less phenol, the phenol / product molar ratio can be adjusted in the feed to the crystallization zone. Phenol in excess of one mole per mole of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane absorbs the intermediate by-products, all of which are soluble in phenol in the range of
<EMI ID = 144.1>
2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane. Most of the 2,2bis (4-hydroxyphenyl) propane crystallizes as an adduct with phenol in a molar ratio of 1: 1.
<EMI ID = 145.1>
<EMI ID = 146.1>
born below.
The washed crystals of the adduct are melted 1: 1
<EMI ID = 147.1>
The main factor in the overall efficiency of the process lies in the recycling to the reactor feed of the by-products of the reaction, "" ie the compound of "Dianin", the isomers of bisphenol and triphenols, etc.
The Applicant has surprisingly found that a balance is thus maintained between the product and the by-products in the <EMI ID = 148.1>
reactor such that under steady-state recycle conditions the concentration of by-products in the reactor remains constant. Consequently, there is no further accumulation of by-products, and yields are obtained.
<EMI ID = 149.1>
To more clearly describe the present invention for the smooth and continuous production of a high purity 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, a preferred variant is described below in detail with reference to FIG. 1, which is
<EMI ID = 150.1>
and the series of operations suitable for carrying out the method of the invention.
Referring to Figure 1, the reactor charge in charge tank 11 is continuously prepared from: (1) make-up phenol from line 10; (2) supplemental acetone from line 46; (3) a recycled phenol-acetone mixture from line 46; and (4) a recycled mixture of phenol, reaction by-products and bisphenol A,
<EMI ID = 151.1>
mix these four streams in proportions such that the composition of the feed admitted into the reactor is kept constant with regard to all the components entering into the process
and that the desired balance of concentrations be maintained
<EMI ID = 152.1>
the reaction. the concentration of the latter is maintained
<EMI ID = 153.1>
weight of the reactor feedstock. The molar ratio
<EMI ID = 154.1>
The streams mixed to form the reactor charge pass continuously through line 12, through
<EMI ID = 155.1>
The reaction chamber comprises a reactor 15 which advantageously consists of an enclosure of elongated shape provided with thermal insulation and temperature control means and a fixed bed.
<EMI ID = 156.1>
above, and preferably a sulfonated crosslinked polystyrene resin which has about 20% of its available free acid groups esterified by a mercapto-ethanol promoter as described above. The catalyst resin is placed in the reactor in a manner which allows the flow of the reactor charge through the catalyst bed, and which also allows the appropriate contacting of the reactor charge with substantially all of the catalyst. and also avoids entrainment of the solid catalyst in the applied process stream which stream comes from the reactor.
The reactor charge, after passing through a preheated
<EMI ID = 157.1>
via line 14, preferably at a flow rate such as to allow an average duration of contact of the reactants with the catalyst of one hour, at a temperature set at 75 [deg.] C, to give
<EMI ID = 158.1>
compared to acetone. The effluent stream from the enclosure reacts
<EMI ID = 159.1>
tion of recycled phenol wash liquor, from line 28, and the mixture is continuously sent through line 17 to an evaporation zone.
The evaporation zone, hereinafter referred to as "concentrator" 18, most advantageously consists of any industrial evaporator of the continuous film evaporator type with countercurrent vapor-liquid flow and preferably operating at reduced pressure. The evaporator feed line 17 admits phenol, unreacted acetone,
<EMI ID = 160.1>
the pressure is at a sufficiently low level, for example 200 mm
<EMI ID = 161.1>
reacted and water of reaction, the product obtained in the concentrator, by evaporation. We pass the product through the pipe
19 at a temperature preferably below 150 [deg.] C. We settle
<EMI ID = 162.1>
completely removed from the concentrator product. In addition, a portion of the phenol is removed so that a concentration is
<EMI ID = 163.1> <EMI ID = 164.1>
naked. The amount that preferably evaporates which meets the requirements is 20% by weight of the concentrator feed current.
<EMI ID = 165.1>
advantageously of an oristallizer of the cooling type 20, provided with sufficient means to circulate the magma and
<EMI ID = 166.1>
<EMI ID = 167.1>
<EMI ID = 168.1>
mother liquor. The resulting porridge passes. via line 21, in a liquid-solids separation zone.
The liquid-solids separation zone comprises a liquid-solids separator 22, advantageously a filtration apparatus, and preferably a centrifuge provided with accessory means for washing the crystals and for adjusting the temperature. The separation of the mother liquor from the
<EMI ID = 169.1>
The crystals are washed, after separation from their mother liquor, with anhydrous phenol from line 25, the amount of washing liquid and the washing methods applied will depend.
<EMI ID = 170.1>
A final separation of the crystals consisting only of the 1: 1 molar addition product of phenol and 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane from the wash liquor in a filter and preferably in a centrifuge equipped with accessories for washing the crystals and adjusting the temperature. The mother liquor passes through line 23, and a portion of the washing liquor passes through line 26, then these liquids are combined and through line 27 are recycled to the tank 11 of the reactor feed. The mother liquor and wash liquor combined, used as recycling, consist of <EMI ID = 171.1>
this process.
The rest of the wash liquor circulates in the line
28 to be joined to the effluent stream from the reactor in the body line 16 and feed into the concentrator via the line 17.
<EMI ID = 172.1>
solid-liquid separation zone through line 29 to be admitted into a melting zone 30 such as a stirred tank comprising temperature control devices and in which the lethal gold is melted, preferably at a temperature of
<EMI ID = 173.1>
a phenol. The melt is admitted through line 31 into a final evaporation zone. In this final evaporation zone which, advantageously, comprises one or more industrial evaporators 32 of the pellioular evaporator type, the phenol is separated.
<EMI ID = 174.1>
sufficiently low pressure (for example 5 mm Hg absolute) to ensure total evaporation of the pheno and its separation from the
<EMI ID = 175.1>
through the pipe 33, in a cooling zone advantageously comprising a device 34 with a rotating drum for flaking, equipped with a temperature control device for solidification and flaking. The product is sent in the form of flakes to the packaging station.
<EMI ID = 176.1>
line 36 to be joined to the anhydrous phenol which is admitted into the process through line 24 and coming from an external source.
The distillate from the concentrator 18 consisting of a certain quantity of phenol, unreacted acetone and water of reaction, passes through line 37 to a distillation zone to recover mainly the acetone and the phenolbydree in view.
<EMI ID = 177.1>
38 and 41 each comprising a diatillation section, a rectifying seotion and a heater, and each provided with a means for adjusting the temperature and the reflux rate. The distillate from the oonoentrator enters column 38 at
<EMI ID = 178.1>
and water from the column feed, and a substantially anhydrous mixture of phenol and acetone is obtained at the bottom of the column, which mixture is returned through line 39 to the reactor feed tank 11. in the form of a recycle stream. We set the composition of. distillate by adjusting the temperature at the top of the column. This distillate, containing only acetone and water, leaves column 38 through line 40 and enters a second column 41 in which acetone and water are separated (the water leaving the column in the form of of residue via line 42 and anhydrous acetone leaving the column as distillate via line 43). A portion of the anhydrous acetone is combined from
<EMI ID = 179.1>
from column 38 in line 45 for recycling to reactor feed tank 11 via line 46. The remainder of the dry acetone from column 41 returns to the bottom of column 38 via line 44 to be used again in this column. The columns preferably work at atmospheric pressure.
<EMI ID = 180.1>
recycling amount to increase the concentration and ultimately this seriously impairs process efficiency or requires expensive disposal steps. But, since the promoters in the present process are attached to the polymer catalyst,
<EMI ID = 181.1>
of the reaction, and therefore, none is in the free state in the reaction zone, or in the apparatus serving
during the implementation of the process or in the product 2,2-bis (4-hydro-
<EMI ID = 182.1>
costly purification procedures.
<EMI ID = 183.1> phenyl) propane of high purity according to the invention emerges clearly from the following examples given by way of illustration of this process.
Example 22
<EMI ID = 184.1>
from the recycle mother liquor and wash liquor from the solids-liquid separator; anhydrous phenolacetone mixture of recycling from the dehydration columns, and additional phenol and acetone. The load has the following composition:
<EMI ID = 185.1>
This load is admitted continuously at a controlled flow rate in
a reactor consisting of a stainless steel jacketed tube lined with 2 265 kg of sulfonated crosslinked polystyrene resin pre-
<EMI ID = 186.1>
free acid groups with mercaptoethanol and then made anhydrous by the methods given above. We circulate
<EMI ID = 187.1>
the reactor jacket and a charge heater. The feed is admitted into the reactor at a controlled flow rate sufficient to have a contact time of the reactants with the catalyst, of one hour.
The current leaving the reactor is passed through the concentrate.
<EMI ID = 188.1>
equipped with a condenser and a tank. The reactor output stream has the following composition:
<EMI ID = 189.1>
<EMI ID = 190.1>
Concentrating the effluent stream from the soue reactor
<EMI ID = 191.1>
140 [deg.] C. 20% by weight of the feed is removed in the form of a distillate which has the following composition:
<EMI ID = 192.1>
<EMI ID = 193.1>
<EMI ID = 194.1>
<EMI ID = 195.1>
<EMI ID = 196.1> and the centrifuge cake is exhausted of all liquor. The wash liquor is collected in the same container as the above separate mother liquor. The combined filtrate separated from the centrifuge cake has the following composition:
<EMI ID = 197.1>
This filtrate is recycled to the reactor.
The intermittently washed cake is removed from the perforated basket of the centrifuge, it has the following composition:
<EMI ID = 198.1>
The cake is heated to a temperature of 130 ° C. in a tank stirred and jacketed to melt the crystals of the adduct. The molten material then passes through a vacuum evaporator in which the phenol is evaporated.
and separated from the product under a reduced pressure of 1.0 mm Hg absolute at a temperature of 200 [deg.] C. The molten product is cooled
from the evaporator to crystallize the product which is sprayed. The product has the following composition:
<EMI ID = 199.1>
<EMI ID = 200.1>
in the dehydration column and is dehydrated by adding
<EMI ID = 201.1>
<EMI ID = 202.1> <EMI ID = 203.1> a second dehydration column in which it is fractionated to obtain practically anhydrous acetone containing
<EMI ID = 204.1>
column. We get rid of the water. The phenol content of the water is below one part per million.
The residue from the first column and recycled to the feed has the following composition:
<EMI ID = 205.1>
Example 23
97.9 kg of the reactor feed is prepared
from: recycle mother liquor and a portion of liquor
recycle wash from the solid-liquid separator; recycled and anhydrous mixture of phenol-acetone from the dehydration columns and additional phenol and acetone. The load has the following composition:
<EMI ID = 206.1>
This charge is continuously admitted at a regulated flow rate, in the
<EMI ID = 207.1>
as described in Example 22.
The effluent stream from the reactor has the following composition
<EMI ID = 208.1>
Conversion with respect to the acetone consumed = 50%.
10.9 kg of recycle wash liquor from the solids-liquid separator is added to the 97.9 kg of reactor effluent. The composition of the mixture is as follows:
<EMI ID = 209.1>
<EMI ID = 210.1>
in a jacketed, glass-lined autoclave with condenser and reservoir, and the mixture is concentrated therein under pressure
<EMI ID = 211.1>
<EMI ID = 212.1>
following tion:
<EMI ID = 213.1>
The concentrate has the following composition:
<EMI ID = 214.1>
The latter is cooled with stirring in a crystallization apparatus consisting of a jacketed autoclave lined with
<EMI ID = 215.1>
<EMI ID = 216.1>
The slurry of crystals and mother liquor is charged continuously in a centrifuge maintained at 40-45 [deg.] C. The separated mother liquor is returned to the reactor feed as a recycle stream having the following composition:
<EMI ID = 217.1>
<EMI ID = 218.1>
the mother liquor adhering thereto, in a stainless steel jacketed autoolave fitted with stirring devices and containing a
<EMI ID = 219.1>
separate the collected phenol wash. Then
the cake is spray washed with 1/5 of its weight of phenol
<EMI ID = 220.1>
of any washing liquor. This wash liquor is collected in the same container as the wash liquor separated from the slurry. The combined filtrate separated from the cake of the centrifuge has the following composition:
<EMI ID = 221.1>
This filtrate is recycled to the reactor effluent stream.
The cake is intermittently removed from the perforated basket
the centrifuge; this cake has the following composition:
<EMI ID = 222.1>
<EMI ID = 223.1>
The cake in the centrifuge is heated to 130 ° C. and the melt is charged to a vacuum evaporator in which the phenol is evaporated and the residue is cooled to crystallize as described in example 22.
The product has the following composition:
<EMI ID = 224.1>
The distillate from the concentrator is passed through
<EMI ID = 225.1>
<EMI ID = 226.1>
tion, in steady state, of the by-product @ of the reaction of acetone and phenol, in the reaction area of the process oon-
<EMI ID = 227.1>
<EMI ID = 228.1>
outside the reaction zone a transposition of at least part of the reaction by-products of acetone and phenol
<EMI ID = 229.1>
both from the reaction zone, separating substantially all of the condensation water and unreacted acetone therefrom; that the concentrated mixture thus obtained is dressed in a transfer zone
<EMI ID = 230.1>
practically insoluble and saturated with phenolic solvent; the reaction by-products of the ao-
<EMI ID = 231.1>
and returning the outgoing mixture, enriched in product, to the reaction zone, with a further quantity of phenol and acetone. The load supplying the transposition zone has preferably
<EMI ID = 232.1>
propane, as an equimolar adduct with phenol.
Surprisingly, the fact of introducing a transposition stage outside the reaction zone allows a significant decrease in the concentration of the by-products, in the steady state, although a prolonged contact of the reactants in the zone.
<EMI ID = 233.1>
also produces a transposition, does not bring such a reduction. Applicants do not wish to be bound by any definite theoretical explanation, but it is believed that the superior results of the process of the present invention are to be attributed to the fact that the rearrangement reaction is carried out in the substantially complete absence of 'water. The presence of even small amounts of water, that is to say greater than about 1.5% by weight of the mixture containing the by-products, prevents complete- <EMI ID = 234.1>
propane. Therefore, in the condensation reaction of phenol and acetone in which water is formed in quantity
<EMI ID = 235.1>
prolonged reactions do not give a significant decrease in the concentration of by-products, because the rate of transposition
<EMI ID = 236.1>
reaction zone by the cation exchange resin acting as a catalyst, reaches a negligible value long before the concentration at theoretical equilibrium has been obtained.
The volume and dimensions of the condensation and transposition reaction zones are not critical, provided sufficient contact of the respective mixtures with the cation exchange resin is obtained. Areas which may be suitable are, for example, those of enlarged cross-section, such as a chamber, tank, autoclave, etc., and those of restricted cross-sections, such as tubular vessels and serpentines, etc. In the context of the present invention, it is possible to use several reaction or transposition zones connected in series or in parallel. They should be provided with devices for maintaining or regulating the temperature in the respective zones and devices for preventing the entrainment of the catalyst in the products leaving them.
Condensation reaction - The residence time of acetone and phenol in the reaction zone can be varied to a considerable extent. It depends mainly on the particular molar ratio between reactants, the quantity and the exchange capacity of the cation exchange catalyst which is used, the temperatures at which one operates, the desired percentage of transformation, and other similar factors. The minimum residence time in the reaction zone is the time sufficient to start the reaction and the maximum residence time is that which is sufficient for a substantially complete reaction between the reactants present. Usually at least 5% of the acetone reacts and preferably no more than 95%, counted as molecules.
It is preferred that the minimum conversion of acetone is
20% and the maximum of 80%. A conversion of about 50% is particularly preferred, because as the percentage of conversion increases the reaction rate decreases and the process becomes less economical, if one examines the amount of product per unit time. No fixed residence time is critical in the present invention with respect to yield, the same extremely high yields being obtained with relatively short contact times and low conversion rates as the high yields achieved with times of conversion. prolonged contact and high rates of transformation. Contact times as short as one hour and a conversion rate of about 50% are the most advantageous, as they give
<EMI ID = 237.1>
<EMI ID = 238.1>
phenyl) -propane.
<EMI ID = 239.1>
<EMI ID = 240.1>
with dimethyl ketone.
The reaction of acetone and phenol is preferably carried out with an amount of phenol greater than the stoichiometric amount, that is to say more than 2 moles of phenol per mole of acetone present in the reaction zone, and preferably between 3
and about 20 moles of phenol per mole of acetone. The reports on
<EMI ID = 241.1>
are useful when the temperature of the reaction zone is relatively low, as this prevents plugging of the reaction zone by solidified reaction products or by addition products of the phenol crystallized with reaction products. Particular preference is given to
<EMI ID = 242.1>
or 10: 1.
It is essential, to maintain high rates of training
<EMI ID = 243.1>
of water, because the overall yield of the process of the invention depends <EMI ID = 244.1>
the presence of less than 2.0% of water in the reaction zone for the catalysis with the cation exchange resins :; is done under optimal conditions.
In the reaction zone, the temperature should be such as to maintain the reactants in the liquid phase. In general,
<EMI ID = 245.1>
the lower the temperature at which one operates in the reaction zone, so as to avoid blocking the column with solidified 2.2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane or with its crystallized product of addition with phenol. The use of temperatures which are so high that they cause
<EMI ID = 246.1>
or cation exchange resin, or which they determine
an exaggerated rate of by-product formation should be avoided. The particular temperature used in the reaction zone can be varied between about 30 [deg.] And 125 [deg.] C depending on other operating conditions in the reaction zone, such as, for example, percent conversion per pass, residence time or length of contact time between catalyst and reactants, pressure, etc. In order to avoid the blockage of the reaction zone by solidified reaction products, oe which
<EMI ID = 247.1>
<EMI ID = 248.1>
tion at atmospheric pressure, or at a lower pressure
<EMI ID = 249.1>
<EMI ID = 250.1>
it is preferred to adopt atmospheric pressure or a slightly elevated pressure, in order to ensure, in continuous operation, a suitable circulation of materials in the device.
<EMI ID = 251.1>
no transposition, of the mixture coming from the reaction sone, called "tributary mixture" can vary to a considerable extent
and this duration depends mainly on the extent of the conversion desired, the temperatures adopted, and the exchange capacity of the cation exchange catalyst which is used. The minimum residence time is the time sufficient to start the transposition reaction and the maximum residence time is that sufficient for practically complete transposition.
products due to the reaction in 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, i.e. to allow equilibrium to be established.
To carry out the conversion characterizing the process of the present invention, the effluent mixture is first freed of substantially all of the unreacted acetone and of the condensation water. At this point, the tributary mixture comprises: phenol; the reaction product of acetone and phenol, namely 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane; and a variety of acetone and phenol reaction byproducts, for example 4-p-hydroxyphenyl-2,2,4-trimethylchromane
(compound of Dianin), triphenols and 2,4-dihydroxy-2,2-diphenyl-propane, which are generally referred to herein as "reaction products of acetone and phenol". The 2,4 isomer is the predominant by-product of the acetone reaction and
phenol.
It is essential, to achieve the transposition of these reaction by-products into 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, that
the transposition sone is essentially anhydrous, ie it contains at least 1.5% by weight of water relative to the weight of the effluent mixture entering the transposition zone. As indicated above, a higher water content
<EMI ID = 252.1>
happy that the medium is anhydrous, that is to say that there is less
<EMI ID = 253.1>
better transposition rates.
<EMI ID = 254.1> erasures, the equilibrium proportion is the lowest, but
the speed of transposition is the least. It is therefore desirable to find a compromise between the rate of transposition and the concentration of byproducts at equilibrium, by operating with temperatures of the transposition zone compound.
<EMI ID = 255.1>
for the transposition zone having the dimensions described in the examples and with the catalyst used, is that which is preferred in order to obtain the optimal rates and concentration at equilibrium. It is advisable to provide a series of transposition zones heated to progressively decreasing temperatures, in such a way that an initial transposition is carried out.
<EMI ID = 256.1>
the in equilibrium.
The transposition zone can be maintained at atmospheric pressure or at a lower or higher pressure
to that of the atmosphere. It is also possible to operate in an atmosphere
inert gas. It is generally preferred to operate at atmospheric pressure or at a slightly elevated pressure, in order to ensure, in continuous operation, a suitable circulation of the materials in the
the device.
The Applicant uses cation exchange resins as solid catalysts in the condensation and conversion stages of the continuous process of the present invention. These resins are insoluble in the reaction mixture and in the effluent mixture, whereby the problem of separating the catalyst from the effluent from the condensation reaction zone or from the transposition zone and the separation of the catalyst is avoided. removal of small amounts of catalyst from the product. During all of the condensation and conversion stages and the isolation stages, the catalyst remains in the reaction or conversion zone and does not appear elsewhere in the equipment used in the process. Its service life in the present process is indefinitely long. Cation exchange resins should not
not necessarily require regeneration, if care is taken to avoid introducing basic metal ions, such as sodium, potassium, calcium, etc., or other impurities which deactivate the cation exchange groups of the resin. The use of the insoluble catalyst further gives the advantages.
<EMI ID = 257.1>
resistant to acid corrosion, devices which would be
<EMI ID = 258.1>
neutralization which are common to other processes.
The ion exchange resins useful in the present process are substantially insoluble polymeric backbones to which cationic exchange groups are chemically bonded. The exchange potential of the attached acid groups and the
<EMI ID = 259.1>
reaction mixture of phenol and acetone or with the effluent mixture, determines the catalytic efficiency of a determined ion exchange resin. Thus, although the number of acid groups bonded to the polymer backbone of the resin determines the theoretical "exchange capacity" of this resin, a more exact criterion of catalytic efficiency is the number of acid groups available to contact. with reagents. This contact can occur on surfaces, both interior and exterior,
<EMI ID = 260.1>
ne which offers maximum contact area, for example microspheres or porous beads or grains, is highly desirable
and it provides the highest transformation and rearrangement reaction rates and the maximum economy in this process. However, the special form of the ion exchange resin used is not critical.
The ion exchange resins should be substantially insoluble in the reaction mixture and in any solvent to which
<EMI ID = 261.1>
The resin is generally due to a high degree of cross-linking within the resin, but this insolubility may be due to other factors, for example, a high molecular weight or a high degree of crystallinity.
In general, the higher the exchange capacity of a resin, that is, the greater the number of milliequivalents of acid per gram of resin, and the more advantageous the resin is for use in the present process. We prefer them <EMI ID = 262.1>
about acid value per gram of dry resin. Particular preference is given to resins bearing, as linked group, cationic exchange groups, of acids having a high exchange potential. Lee result @ obtained with grouped
<EMI ID = 263.1>
sulfonic acid, etc. Most of these resins and many others can be purchased commercially under marked
<EMI ID = 264.1>
Many ion exchange resins in sodium or other salt form are received from the manufacturer and must be converted to hydrogen or acid form prior to use in the present process. The conversion can easily be accomplished by washing the resin with a solution of a suitable acid. For example, a sulfonated resin should be washed with a sulfuric acid solution. Salts formed during processing are conveniently removed by washing the resin with water or with a solvent for the salt.
It occurs frequently, as a result of the washing operation described above, either from the manner in which the manufacturer
<EMI ID = 265.1>
own weight of water. Substantially all this water, that is to say
all but about 2%, at most, must be removed before using the ion exchange resin as a catalyst for the condensation reaction in the present process, and all
<EMI ID = 266.1>
ion exchange sine as a catalyst for the transposition reaction. Methods which may be suitable for removing water from the resin include: drying the resin under reduced pressure in an oven; resin digestion <EMI ID = 267.1>
dane liquid anhydrous phenol as the solvent, for a time sufficient to fill the resin interstices with phenol and azeotropic distillation of water and phenol in advance of excess phenol.
When the resin has been prepared in this way, to be sure that it is still anhydrous, he
<EMI ID = 268.1>
that while it is being used in the process. Alternatively, the catalyst can be prepared after placing it in the treatment plant, simply by circulating the reaction mixture through the catalyst until substantially all of the water has been removed. In this last way of operating, the conditioning is effected at the liver by acetone
and by phenol.
<EMI ID = 269.1>
sor for the condensation reaction as for the transposition reaction. By these terms is meant an ion exchange resin which is substantially completely filled or saturated with a phenolic solvent, that is to say with monohydroxy-aromatic compounds such as the phenol proper, the cresols and the xylenols. Of course, to avoid cross reactions which decrease
yield, it is advantageous to use the phenol itself as a phenolic solvent. Saturation with a phenolic solvent activates the catalyst for use in the present process and also prevents absorption of moisture.
We have found that the catalytic efficiency of the ion exchange resins described above, both in the condensation reaction and in the rearrangement reaction, is increased appreciably when the resin is treated with a mercapto. alcohol before using it in the
the present invention. The presence of free promoters of the condensation of phenol and acetone, such as alkyl-mercaptans and mercapto-acids, in the reaction zone with the ion exchange resins, although it increases the reaction rate, results in sulfur contamination of,
<EMI ID = 270.1> <EMI ID = 271.1>
mineral acids with equivalent promoters. Contamination is manifested by a strong smell of sulfur and one cannot
not eliminate it, even by successive recrystallizations
of the product. Thus the advantage of a markedly accelerated reaction rate is neutralized by additional contamination of the product.
One can get all the advantages of a facilitated reaction
<EMI ID = 272.1>
to the polymer backbone of the resin. The use of this activated catalyst is preferred in the present invention, due to the fact that the condensation and transposition reactions are faster and due to the lack of odor or other contamination, by sulfur, of the product, 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, made with the ion exchange resin thus modified. The manufacture of these catalysts consisting of partially esterified ion exchange resins is described.
above. Surprisingly, partial esterification does not determine a decrease in catalytic activity although
<EMI ID = 273.1>
cations, are blocked.
Remarkable yields and savings, per kilogram of catalyst, have been made possible by the use of solid ion exchange resins. Experimental tests have shown that the resins remain catalytically effective for an indefinite period of time. 300 kg of 2,2-bis- (4-hydroxy-phenyl) -propane were made per kg of resin, with no signs of weakening of the catalytic efficiency. Thus, thanks to the resins described above, it is possible to operate a process automatically
and continuously without any regeneration problems
catalyst.
To initiate the reaction, phenol and acetone, both substantially anhydrous, are heated to reaction temperature. that is to say containing at most less than 2.0% water by weight and preferably anhydrous, that is to say containing less than 0.2% water, and are passed through a fixed porous bed of ion exchange resin, preferably from top to bottom, under slight pressure, so as to maintain sufficient flow through
of the bed, although gravity flow through the column also gives satisfactory results.
The mixture leaving the catalyst bed is sent to
a concentrator, which can be any conventional evaporator of the film type. preferably an evaporator in which the vapors and liquids circulate in a center current and in which all the water and all the acetone and part of the phenol come out
as head products.
Depending on the temperature of the mixture leaving the reactor and depending on the pressure prevailing in the concentrator, it is possible to heat
or cooling the reaction mixture so as to vaporize all of the water of reaction, and the unreacted acetone. These vapors come out at the top, (with some phenol vapors if necessary), leaving as residues or tails the 2,2-bis-
(4-hydroxyphenyl) -propane, phenol and reaction by-products of acetone and phenol. The temperature of this concentration should not be so high as to cause decomposition of 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane and it is
preferably between 100 [deg.] and 150 [deg.] C approximately, the pressure
of operation being adjusted in such a way that substantially complete vaporization of the acetone and water is obtained, and
leaving in the residue at least one mole of phenol per mole
2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane and preferably 4 to 10 moles of phenol, together with substantially all of the by-products and 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane .
The overhead product, comprising acetone, water and phenol, is passed from the concentrator to a dehydration zone for the purpose of removing water, leaving the acetone and phenol which are recycled back to the concentrator. treatment. This dehydration can be carried out by contacting the mixture of acetone, water
and phenol with an ascending stream of anhydrous acetone vapor. This avoids adding another component to the reaction process.
<EMI ID = 274.1> In this way of operating, the mixture is introduced into the side of the column and anhydrous acetone at the lower part of the column, which is maintained at a temperature between 155 [deg.] And
165 [deg.] C at atmospheric pressure. The acetone rises in the column on contact with the feed and the water is removed in very good yield. The moisture-laden acetone vapors exit through the top of the column, which is maintained at a temperature of about 58 [deg.] C, when working at atmospheric pressure, by adjusting the reflux ratio. It is necessary to regulate the temperature at the top of the column, to be sure that a distillate of acetone and water, free of phenol, passes into the second column, from which the water is removed by distillation. fractional.
The anhydrous acetone recovered is recycled.
The bottoms of the first column, constituted by anhydrous phenol and acetone, are recycled in the treatment.
The water leaving as bottoms of the second column can be discarded without requiring further purification to separate the phenol or other organic substance therefrom.
Any other separation technique can also be used which removes water from the concentrator heads.
In one embodiment of the present invention, the bottoms are sent directly to a crystallization zone.
<EMI ID = 275.1>
pane, phenol and by-products.
The crystallization is carried out by cooling the tails
<EMI ID = 276.1>
<EMI ID = 277.1>
crystallization varies depending on the conditions under which the concentrator operates. By distilling off more or less phenol, the molar ratio of phenol to product can be adjusted in the feed to the crystallization area. Phenol in an amount greater than one mole per mole of 2,2-bis- (4hydroxyphenyl) -propane takes the by-products, all of which are
<EMI ID = 278.1>
<EMI ID = 279.1>
<EMI ID = 280.1>
<EMI ID = 281.1>
The crystals are separated from the mother liquor by centrifugation, filtration or any other suitable method and washed, preferably with a further quantity of phenol or a mixture of phenol and acetone to remove traces of liquor. -mother. The washing liquids and the mother liquor, which at this time consist of phenol, by-products and a little 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, are sent to the transposition zone.
The crystals, washed, of the 1: 1 adduct of phenol and 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane are melted and charged to a second evaporation zone in which the phenol is separated. 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane and recycled to the treatment, leaving as residue 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) propane. The 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane obtained as a product does not contain any trace of catalyst or promoter. Make them
<EMI ID = 282.1>
<EMI ID = 283.1>
introduced into the transposition reactor and it is advantageous for them to pass there under a slight positive pressure. The transposition of the reaction by-products into 2,2-bie- (4-hydroxyphenyl) -propane takes place and the effluent from the transposition zone, now enriched in 2,2-bie- (4-hydroxyphenyl) -propane, is recycled to the reaction zone.
In a variant, the transposition zone may be placed after the concentration zone and before the crystal zone.
<EMI ID = 284.1>
nation and transposition described above. The other stages of treatment remain the same.
In order to more fully set out the nature of the present invention for the continuous, continuously repeated production of a
<EMI ID = 285.1>
referring to Figure 2, in which is illustrated a cast of apparatus and series of processing stages, suitable for implementing <EMI ID = 286.1>
implements the process of this invention.
Referring to this Figure 2, the reactor charge is prepared continuously in a feed tank 11 with:
1 [deg.] Make-up phenol from line 10; 2 [deg.] Acetone
<EMI ID = 287.1>
and 4 [deg.] The recycled and transposed mixture of the reaction. phenol and acetone, composed of phenol, reaction byproducts and bis-phenol, from line 48. These four streams are mixed in proportions such as the composition of the feedstock of the reactor remains constant from the point of view of all the components entering into the treatment.
Below is a comparison of typical material balances at this stage of the process, with and without transposition:
<EMI ID = 288.1>
Note that the concentration in percent by weight
<EMI ID = 289.1>
under steady-state conditions, in the reactor feedstock.
The mixed streams forming the feedstock of the reactor pass continuously through a conduit 12, through a preheater
13, in which they are heated to about 70-75 [deg.] C, before entering the reaction zone.
The reaction zone comprises a reactor 15 which is advantageously an elongated chamber, provided with devices for
<EMI ID = 290.1> <EMI ID = 291.1>
available free acid groups were esterified with mer-
captoethanol as a promoter, as described above.
The catalyst resin is placed in the reactor 15 in a manner permitting the flow of the feed fed to the reactor through the catalyst bed and also ensuring a proper flow of the feed to the reactor and substantially all of the catalyst and also preventing entrainment of the solid catalyst by flowing out of the reactor chamber to the rest of the process equipment.
<EMI ID = 292.1>
their 13, enters continuously through the end of the reactor 15 through line 14, with a flow rate such that it gives an average residence time of the reactants with the catalyst of approximately one hour to one hour.
<EMI ID = 293.1>
compared to acetone. The mixture leaving the reaction chamber enters the line 16 and it is mixed with a part of the recycled phenolic wash liquor arriving through the line 28 and the mixture continuously flows through the line 17 into the evaporation area.
Below is a comparison of typical material balances, at this
<EMI ID = 294.1>
ment with transposition:
<EMI ID = 295.1>
It should be noted that at this stage of the reaction, the concentration by weight of the by-products is considerably reduced (5.1% against 8.6%).
The evaporation zone referred to herein as the concentrate
<EMI ID = 296.1>
industrial film type, with countercurrent flow of vapors and liquids, and preferably operating under reduced pressure. The feedstock of the evaporator, arriving via line 17, consisting of phenol, unreacted acetone, water of condensation, 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane and reaction by-products of phenol and <EMI ID = 297.1>
<EMI ID = 298.1>
absolute mercury, to allow elimination, by evaporation,
unreacted acetone and thus whistled water from the product
<EMI ID = 299.1>
<EMI ID = 300.1>
maintains a constant concentration of components in the concentrator product. The preferred amount of product evaporated, which
<EMI ID = 301.1>
load entering the concentrator.
<EMI ID = 302.1>
by-products of the reaction of phenol and acetone, pass continuously through line 19 into the crystallization zone, preferably constituted by a crystallizer of the cooling type
20, provided with a device sufficient to circulate the magma and a device for removing heat and regulating the temperature.
In an alternative embodiment, it is interposed in
<EMI ID = 303.1>
phenolic solvent, such as Dore: 50-X-4, which has preferably been partially esterified with a promoter mercapto-alcohol,
as described above. The transposition reaction,
in reactor 47 '. is the same as that which occurs
in reactor 47 of the preferred embodiment.
Cooling the mass to a temperature preferably equal to about 40 [deg.] C, with the agitation indicated above, in the crystallization zone, gives a liquid slurry of crystals consisting solely of the adduct of a mole of phenol per mole of 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane in its mother liquor. The resulting liquid slurry is passed through line 21 into a zone for separating solids and liquid.
The solids and liquid separation area includes
a separator 22 of solids and liquids, advantageously a filtration apparatus and preferably a centrifugal machine provided with accessories for washing the crystals and a device for adjusting the temperature. The separation of the mother liquor and the crystals is carried out, preferably at a temperature of
4000 approximately.
After separating the crystals from their mother liquor, they are washed with anhydrous phenol coming through line 25, the amount of washing phenol and the specific washing techniques adopted depending on the purity desired. give to the final product. A final separation of the crystals, consisting only of the adduct of one mole of phenol per mole of
<EMI ID = 304.1>
carried out advantageously in a filtration apparatus and preferably in a centrifugal machine provided with accessory devices for washing the crystals and a device for adjusting the temperature. The mother liquor passes through line 23 and part of the washing liquor passes through line 26, then
the
they are mixed and returned by / leads 27 finally in
the feed tank 11 as a recycling product. The mixture of mother liquor and wash liquor to be used as a product
recycling and which consists of phenol, by-products of the reaction of acetone and phenol and 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane, passes into the transposition zone 47 via the conduit 27, if it has not previously been transposed into the transposition reactor 47 'or if the two transposition zones are used.
Below is a comparison between typical material balances, at this stage of the process, between treatment without transposition and treatment with transposition:
<EMI ID = 305.1>
It should be noted that at this stage the weight percent concentration of the by-products is again significantly lowered (6.6% vs. 11.2%).
The purity of the crude product, i.e. the adduct of one mole of 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane to one mole of phenol, in a non-rearranging process, is determined. general of
About 62%. The addition of the transposition typically improves the purity of the product to 73.6%. This allows more easily -! A more efficient purification and with a better yield and a greater productivity in purer product.
The mixture entering the transposition reactor 47, arriving via the line 27, comes into contact with the catalyst consisting of a cation exchange resin saturated with phenolic solvent, and which has preferably been esterified with a mercaptoalcohol. The resin is placed in the form of a porous bed in the reactor, which is suitably an elongated chamber provided with devices for temperature control. In the transposition reactor 47, part of the by-products of the reaction of phenol and acetone reacts again, i.e. undergoes a
<EMI ID = 306.1>
propane.
The effluent from the transposition reactor is then passed through.
<EMI ID = 307.1>
this stage:
<EMI ID = 308.1>
The remainder of the wash liquor from the solids and liquid separator 22 exits through line 28 to mix.
to the current leaving the reactor in line 16, to form the feed supplying the concentrator via line 1 ?.
The washed crystals of 1: 1 molar adduct of phenol and 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane are discharged from the
zone for separating solids and liquid through a conduit 29 to a melting zone, suitably a melter 30 such as a stirred tank provided with a temperature control device, in which the crystals are melted at a temperature of 130 [deg.] C approximately, to a melt of 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane in phenol. This melt is sent through line 31 to a final evaporation zone. In the final evaporation zone, which suitably comprises one or more industrial evaporators 32, of the film type, the phenol is separated by evaporation of the 2,2-bie-.
(4-hydroxyphenyl) -propane constituting the product, preferably
under a sufficiently low pressure (eg 5 mm absolute mercury), to ensure complete evaporation of the phenol and separate it from the evaporator product, at a temperature not exceeding 200 [deg.] C.
The product of the evaporator, consisting of a molten stream
<EMI ID = 309.1>
through line 33 into a cooling zone, suitably a rotating drum scaler.
The distillate from the final evaporation passes through the pipe
36 to be mixed with anhydrous phenol which enters the treatment from an external source through line 24.
<EMI ID = 310.1> phenol, in unreacted acetone and in the water of the reaction, is sent through line 37 to a distillation zone, in order to recover essentially anhydrous acetone and phenol, for recycle them. The distillation zone can be made up
two columns 38 and 41 each consisting of a draw-off section, a rectification section and a reboiler and provided with an adjustment of the temperature and of the reflux ratio. The distilla from the concentrator enters roughly in the middle of the column
38; anhydrous acetone enters the column through the reboiler via line 44. Acetone and water are separated from the feed in the column and a substantially anhydrous mixture of phenol and acetone is obtained at the bottom of the column. , which is returned through line 39 to the reactor feed tank 11,
<EMI ID = 311.1>
both of column 38, adjusting the temperature at the top of the column. This distillate, consisting only of acetone and water, leaves column 38 through line 40 and enters a second column 41 in which acetone and water are separated.
- the water leaving the column in the form of tails through the pipe
42 and the anhydrous acetone leaving the column as a distillate via line 43. Part of the acetone coming from column 41 is mixed with the anhydrous mixture of phenol and acetone coming from column 38 via line 45, to be recycled via line 46 to the reactor supply tank 11. The rest of the anhydrous acetone coming from column 41 is returned to the bottom of column 38 through line 44 to be reused in this column.
The columns preferably operate at a pressure close to atmospheric pressure.
the following examples are intended to illustrate the practice of the invention and they should not be considered
<EMI ID = 312.1>
award-winning ** by weight.
Example 24
A typical effluent mixture is passed, intended to be recycled to the reaction zone in the process described above and comprising:
<EMI ID = 313.1>
in a tubular transposition reaction vessel, 1.83 m long and 102 mm internal diameter, lined with
<EMI ID = 314.1>
cations (oopolymer of sulfonated styrene and 4% divinylbenzene, sold by the Dow Chemical Company as
<EMI ID = 315.1>
with mercapto-ethanol. as indicated above, then saturated with phenolic solvent for the
make anhydrous by immersion in molten anhydrous phenol. The amount of catalyst used is 4.0 milliequivalents of H + per gram of dry resin. The effluent mixture is preheated
<EMI ID = 316.1>
Once the steady-state conditions have been reached, samples of the product leaving the transposition reactor are collected. The samples are freed from their phenol by heating them to 200 [deg.] C under the absolute pressure of 1 mm of mercury. The content of by-products of the residue is then determined by first extracting 2,2-bis- (4-hydroxy-) with carbon tetrachloride.
<EMI ID = 317.1>
then measuring the absorption of light by the byproduct solution and comparing it with a standard. The analysis is the same as that which is carried out on the effluent product which has not been transposed. The results of the analysis of the transposed effluent product will be found in Table I below. The results of the analysis of the effluent mixture which has not undergone any transposition have been reproduced for convenience.
BOARD
<EMI ID = 318.1>
<EMI ID = 319.1>
Example 25
We start again by operating as in Example 24 using
<EMI ID = 320.1>
results of the transposition reaction are shown in Table II. The values obtained with the eohantillone which has not undergone transposition are given for comparison.
TABLE II
<EMI ID = 321.1>
Example 26
The procedure of Example 24 is followed, but the product of the catalyzed condensation is used as effluent for transposing.
<EMI ID = 322.1>
for the transposition is again the catalyst of the example
24. A marked transposition of the reaction by-products to 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane is obtained.
This example illustrates the wide possibility of application of
<EMI ID = 323.1>
<EMI ID = 324.1>
used for condensation.