Procédé continu de fabrication de
chlorure de choline A l'heure actuelle, la veule voie de synthèse permettant de préparer économiquement le chlorure de choline consiste à utiliser
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l'acide ehlorhydrique, produits abondants et relativement peu coûteux.
Dans cette synthèse, on peut ou bien faire réagir la triméthylamine avec l'oxyde d'éthylène pour obtenir la choline, que l'on convertit ensuite en chlorure de choline par l'action d'acide chlorhydrique, ou bien faire réagir la triméthylamine avec l'acide chlorhydrique et traiter le chlorhydrate de triméthylamine ainsi obtenu avec de l'oxyde d'éthylène. Ceci représente une première distinction à faire entre les divers procédés reposait sur ce mode de synthèse.
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suivant un mode discontinu ou continu. Or, le mode continu présente des avantages considérables par rapport au mode discontinu pour les raisons suivantes:
a) suppression à chaque opération des manipulations distinctes des <EMI ID=3.1>
purge de l'appareil au moyen d'un gaz inerte; b) maintien plus facile de conditions opératoires régulières; c) productivité de l'appareillage plus grande à capacité égale; d) qualité plus constante du produit obtenu.
C'est pourquoi la présente invention a exclusivement pour objet la fabrication du chlorure de choline suivant un mode continu.
En outre, le procédé conforme à l'invention se range parmi les procédés ou.l'on utilise comme matières premières une solution aqueuse
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Enfin, de manière plus particulière encore, le procédé de l'invention s'inscrit panai les procédés dans lesquels on opère la réaction exclusivement en phase liquide.
Cette fabrication peut être schématisée par l'équation suivante:
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compliquée lorsqu'on désire l'exécuter suivant un mode continu, dans le but d'obtenir un produit de qualité alimentaire. Le chlorure de choline
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bétail et la volaille; il ne peut donc pas contenir de produits communiquant un mauvais goût ou une mauvaise odeur aux aliments, et
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possible. Pour que le procédé continu envisagé présente un intérêt optimum par rapport aux autres procédés actuellement connus, il faut que le chlorure de choline obtenu soit directement un produit commercialisable, présentant les qualités requises d'odeur, de goût, de coloration et d'inocuité, et cela sans devoir recourir à des traitements ultérieurs
de purification venant grever le coût de fabrication.
En fait, pour que le chlorure de choline soit dépourvu de
l'odeur et du goût désagréables de la triméthylamine et/ou de son chlorhydrate) il est nécessaire d'effectuer la réaction schématises ci-dessus avec une quantité stoechiométrique ou même légèrement
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Or, la demanderesse a constaté qu'en effectuant la synthèse en présence d'un excès d'oxyde d'éthylène, la coloration qui apparaît lorsqu'on chauffe la solution de chlorure de choline est d'autant plus forte que l'excès d'oxyde d'éthylène est plus grand, surtout en système hétérogène et notamment en présence d'une phase gazeuse. Elle
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d'oxyde d'éthylène et quant à la température de réaction.
D'autre part, dans le milieu réactionnel, il se forme également
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l'acide chlorhydrique. Or, l'éthylène chlorhydrine est une substance toxique; c'est pourquoi sa teneur dans le chlorure de choline obtenu devra être aussi basse que possible. On peut envisager d'abaisser la teneur en 'éthylène chlorhydrine en opérant une hydrolyse à chaud, mais, ainsi qu'on vient de l'expliquer, la coloration du produit final
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certaine incompatibilité entre l'obtention d'une part d'un chlorure de choline peu coloré et d'autre part d'un chlorure de choline à basse teneur en éthylène chlorhydrine. Ce qui complique encore le problème, c'est qu'il peut se former aussi des substances à poids moléculaire
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d'eau.
Toutes ces difficultés avaient été supprimées par le procède du brevet belge n[deg.] 761.715 au nom de la demanderesse.
Ce procédé est exploité depuis de nombreuses années industriellement dans une installation comprenant deux réacteurs en série suivis d'un évaporateur. Le premier réacteur est de forme cylindrique et
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coaxiale, divisant l'intérieur du réacteur en une zone extérieure annulaire et en une zone intérieure cylindrique qui communiquent entre elles par le haut et par le bas. L'alimentation des réactifs (solution
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cylindrique centrale est montée une turbine qui fait circuler le mélange de réaction de bas en haut dans la chambre centrale et de haut en bas dans la chambre annulaire externe, à un débit horaire qui représente plusieurs centaines de fois le volume utile du réacteur. Un système de réfrigération approprié est utilisé pour dissiper les calories 'engendrées par l'exothermicité de la réaction. En d'autres termes, le premier réacteur opère donc à la manière d'un "réacteur à boucle", avec recyclage répété du mélange de réaction et par conséquent contact répété ("back mîxing") de celui-ci avec les matières premières fraîches injectées continuellement, en veillant cependant, par la disposition de l'orifice de décharge du réacteur au sommet de celui-ci, à ce qu'il ne se forme pas-de-phase gazeuse dans le réacteur.
Le mélange de réaction sortant du premier réacteur est envoyé dans un second réacteur du type à faisceau tubulaire, dans lequel il n'est pas agité, puis il sort du second réacteur pour être concentré dans un
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décharge pour la phase liquide (solution aqueuse de chlorure de choline prête à la consommation). Le temps de séjour du mélange de réaction dans le premier réacteur est en moyenne de 70 minutes et dans le second réacteur en'moyenne de 20 minutes, soit au total environ 90 minutes.
Bien que le procédé du brevet belge n[deg.] 761.715 constitue un progrès technique indéniable par rapport aux autres procédés en application à cette époque, la demanderesse a exécuté entretemps des travaux
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les avantages acquis par le procédé dudit brevet, supprimerait certains inconvénients qui ont été observés au cours de ses années d'exploitation;
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1) on ne sait pas toujours éviter totalement les surchauffes locales,
lesquelles sont à l'origine d'une perte en oxyde d'éthylène par polymérisation,
2) l'installation est relativement coûteuse parce qu'elle nécessite
l'utilisation de deux réacteurs, 3) pour augmenter la productivité de l'installation de fabrication,
il faudrait pouvoir raccourcir notablement le temps de séjour du mélange de réaction dans l'installation.
Ces différents inconvénients sont supprimés par le procédé
faisant l'objet de la présente invention, dans lequel on conserve tous
les avantages du procédé du brevet belge 761.715 au nom de la
demanderesse en dépit du fait que le présent procédé repose sur un principe totalement différent.
La présente invention résulte en effet de la découverte que
pour atteindre ce triple objectif, deux conditions essentielles doivent être satisfaites, à savoir:
a) la conduite de la réaction entre la solution de chlorhydrate de triméthylamine et l'oxyde d'éthylène doit être aussi isothermique
que possible, et ce depuis le début de la zone de réaction jusqu'à
la fin de celle-ci; b) il ne peut pas se produire de "rétroiaélange" (back. mixing) au cours de la traversée de la zone de réaction par le mélange de réaction.
Lorsque ces deux impératifs sont satisfaits simultanément, on évite totalement les inconvénients rappelés plus haut, étant donné que:
1) il ne se produit plus de surchauffes locales,
2) on peut opérer dans un seul réacteur au lieu de deux,
3) le temps de séjour est de moins de 30 minutes (au lieu de 90 minutes).
Comme l'exothermicité de la réaction est beaucoup plus grande
au moment où. les deux réactifs frais (solution aqueuse de chlorhydrate
de triméthylamine + oxyde d'éthylène) entrent en contact qu'au moment
où le mélange de réaction atteint la sortie de la zone de réaction
parce qu'il ne contient plus que des traces de réactifs qui n'ont pas réagi, il faut que le refroidissement soit beaucoup plus énergique au début de la zone de réaction qu'à la fin de celle-ci. En outre, pour satisfaire au point a) ci-dessus d'isothermicité, il faut que l'intensité du refroidissement diminue graduellement depuis l'entrée de la zone de
<EMI ID=21.1> parcours de la zone de réaction sera d'autant mieux réalisée que les moyens de refroidissement seront plus rapprochés et par conséquent plus nombreux, tout en agissant cependant de moins en moins
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de la zone de réaction. En outre depuis l'entrée dans la zone de réaction jusqu'à la sortie de celle-ci, le mélange de réaction devra être parfaitement et constamment mélangé pour assurer à chaque instant un contact intime entre les réactifs et éviter les surchauffes. Enfin, pour satisfaire au point b) ci-dessus d'absence de tout "rétromélange" , les réactifs et les produits de réaction qui se forment au départ de ceux-ci devront progresser à travers la zone de réaction comme s'ils étaient poussés par un piston, sans possibilité de retour en arrière.
L'invention se rapporte à un procède de fabrication d'une solution aqueuse de chlorure de choline par réaction d'une,solution
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liquide, à chaud et sous pression en phase liquide et suivant un mode continu, caractérisé en ce que <EMI ID=24.1> et l'oxyde d'éthylene liquide dans un rapport substantiellement
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réaction,
(b) on fait progresser le mélange de réaction sous la forme d'un courant unidirectionnel depuis l'entrée jusqu'à la sortie dé la zone de réaction, en exécutant la réaction dans des conditions isotherniques à une température choisie dans l'intervalle de 50 à
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l'intervalle de 3 à 8 bars, de préférence de 5 à 6 bars, et
(c) on recueille la solution aqueuse de chlorure de choline ainsi formée à la sortie de la zone de réaction.
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invention doit avoir une pureté d'au moins 99,5%; sa teneur en
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préférence sous la forme liquide, pour éviter toute formation de phase gazeuse au cours de la réaction.
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préparée de manière connue en soi, par exemple à partir d'acide chlorhydrique aqueux de qualité alimentaire et de trimêthylamine gazeuse. Dans la mise en oeuvre du procédé, la solution aqueuse de
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d'acide chlorhydrique aqueux incolore, de qualité alimentaire, ayant une concentration en HCl de préférence de 15 à 38% en poids et une teneur en fer inférieure ou au plus égale à 0,005% en poids, et à partir de triméthylamine gazeuse de pureté égale ou supérieure à 99%.
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peut varier dans de larges limites; elle est choisie en fonction de la teneur en eau que l'on désire obtenir dans la solution aqueuse finale de chlorure de choline. A titre d'exemple, si l'on veut préparer une solution aqueuse de chlorure de choline à 70% en poids, qui contient donc environ 30% en poids d'eau, on utilisera à cet effet une solution aqueuse de chlorhydrate de triméthylanine qui contient environ 39% en poids d'eau, préparée à partir d'un acide chlorhydrique à environ 38%
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à l'invention est constituée de préférence par un réacteur divisé en plusieurs compartiments. Le nombre de ces compartiments peut être aussi grand que l'on veut; toutefois, la demanderesse a constaté qu'il suffit d'au moins trois, et de préférence de cinq compartiments dans le réacteur pour assurer une bonne isothermicité. Chaque compartiment du réacteur doit contenir un moyen d'agitation efficace; en outre, il doit comporter un moyen de refroidissement autonome, c'est-à-dire réglable indépendamment du réglage les moyens de refroidissement dans les autres compartiments du réacteur, afin de permettre le maintien d'une même température de réaction dais tous les compartiments du réacteur, quelle que soit la quantité de calories à dissiper dans chacun de ceux-ci.
Enfin, le mélange de réaction se trouvant dans un compartiment donné ne peut pas revenir dans le compartiment qui le précède;, en d'autres termes, le réacteur pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention est du type "à piston", à la différence par exemple du <EMI ID=33.1>
recyclage".
Un modèle non limitatif d'un réacteur utilisable dans le présent procéda est illustre dans les figures 1 et 2 du dessin d'accompagnement dans lequel:
-* la figure 1 représente de manière schématique en coupe verticale un réacteur compartimenté utilisable dans le procédé conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue partielle en coupe, à une plus grande échelle, d'un compartiment du réacteur,
- la figure 3 est un graphique indiquant le débit d'eau de refroidissement qu'il faut faire passer dans chacun des compartiments successifs du réacteur conforme à l'invention pour que la conduite de l'opération soit substantiellement isothermique dans tout le réacteur.
Se rapportant à la figura 1, le repère (1) désigne la paroi cylindrique verticale d'un réacteur à cinq compartiments (2,3,4,5,6).
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par le moteur (19) pour assurer une agitation efficace au. mélange 'le réaction; en outre chaque compartiment contient un serpentin de refroidissement (9) parcouru par un liquide de refroidissement (de préférence de l'eau) qui entre dans le serpentin par un tube d'alimentation (10) et qui en sort par un tube de décharge (11). Les divers compartiments sont isolés les uns des autres par une cloison en deux parties, l'une fixe (12) étant solidaire de la paroi (1) du réacteur, l'autre mobile (13) étant montée solidairement sur l'arbre coaxial (7). Les réactifs, à savoir le chlorhydrate de triméthylamine et l'oxyde d'éthylène, sont introduits dans le réacteur respectivement par les
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(16) et (17). Le mélange de réaction ainsi formé passe ensuite du compartiment inférieur (2) jusqu'au compartiment supérieur (6) à .travers les espaces annulaires existant dans les cloisons séparatrices entre la partie de cloison fixe (12) et la partie de cloison mobile <EMI ID=36.1>
<EMI ID=37.1> la température de l'eau de refroidissement à la sortie de chaque
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(2 à 6). Sur chacun des tubes d'alimentation (10) de liquide de refroidissement des serpentins (9) est montée une soupape (non représentée) pour régler à volonté le débit du liquide de refroidissement admis dans chacun des compartiments (2 à 6), chacune de ces soupapes pouvant être réglée manuellement ou de préférence* asservie à chacune des
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du mélange de réaction dans chacun des compartiments (2 à 6) du réacteur, comme on va l'expliquer en détail dans l'exemple de mise en oeuvre ciaprès st dans la figure 3 du dessin d'accompagnement.
<EMI ID=41.1>
est de préférence stoechiométrique, c'est-à-dire de 1 mole de chlorhydrate de triméthylamine pour une mole d'oxyde d'éthylène. Toutefois, pour éviter la présence de chlorhydrate de triméthylamine libre
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de chlorure de choline, sortant du réacteur, à un traitement avec de l'air pour éliminer tout oxyde d'éthylène excédentaire, l'air contaminé par l'oxyde d'éthylène étant ensuite brûlé dans un four pour éviter toute pollution. L'expérience a montré que l'on obtient une solution aqueuse de chlorure de choline convenant parfaitement pour les usages alimentaires, si l'on règle l'alimentation du chlorhydrate de triméthylamine et celle de l'oxyde d'éthylène en sorte que le pH de/solution de chlorure de choline à la sortie du réacteur soit compris entre 11,0 et
11,5.
La température de réaction doit être autant que possible la même dans chacun des compartiments du réacteur, par un réglage approprié du liquide de refroidissement dans chacun des serpentins. Cette température est choisie dans l'intervalle de 50 à 65[deg.]C, de préférence de 55 à 60[deg.]C. Plus haut que 65[deg.]C, on constate une formation de sous-produits augmentant en proportion de l'élévation de la température, tandis que plus bas que 50[deg.]C, la vitesse de réaction diminue au prorata de la diminution de la température. ,
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de préférence de 5 à 6 bars.
Le rendement obtenu en chlorure de choline dans le procédé conforme à l'invention est pratiquement quantitatif et dépasse toujours 98% du rendement théorique calculé par rapport aux quantités de matières premières mises en oeuvre. La solution aqueuse de chlorure de choline obtenue à la sortie du réacteur répond aux normes imposées à ce produit pour les usages alimentaires, ainsi qu'on va le montrer dans l'exemple ci-après qui illustre l'invention sans la limiter.
Exemple.
On utilise un réacteur étagé à cinq compartiments comme celui représenté dans la figure 1, d'un volume utile de 500 litres, qu'on
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et on chauffe le contenu du réacteur par injection directe de vapeur d'eau, jusqu'à ce qu'on obtienne une température uniforme de 60[deg.]C dans tous les compartiments.
A ce moment on commence l'introduction des réactifs au moyen des deux pompes doseuses (16) et (17) dans le compartiment inférieur (2), c'est-à-dire 1105,5 kg/heure de solution aqueuse de chlorhydrate de triméthylamine à 56,2% en poids (soit 621,3 kg ou 6,5 kmoles de chlorhydrate de triméthylamine) et 286,3 kg/heure (ou 6,5 isoles) d'oxyde d'éthylène.
La réaction exothermique entre le chlorhydrate de triméthylamine et l'oxyde d'éthylène fait monter la température en T 10 dans le compartiment (2). Dès que celle-ci dépasse la consigne de 60[deg.]C, le régulateur de température ouvre la vanne automatique du circuit de refroidissement et règle le débit d'eau de refroidissement de manière a maintenir la température en T 10 à 60[deg.]C.
L'apport continu des deux réactifs dans le bas du compartiment
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dire que le mélange réactionnel du compartiment inférieur (2) est forcé à travers l'espace annulaire dans le compartiment suivant (3) dans lequel la réaction se poursuit. La température en T 9 monte à son tour, et,
dès qu'elle dépasse la consigne de 60[deg.]C, l'eau commence à circuler dans le serpentin de refroidissement de ce compartiment. La vanne modulée règle le débit de façon à maintenir, là aussi, la consigne de 60[deg.]C.
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lorsque la mise en régims est établie, on obtient un état stationnaire dans tous les compartiments.
A ce moment, le pH de la solution aqueuse de chlorure de choline sortant du réacteur par la conduite (18) doit être compris entre 11,0 et 11,5. Si le pH dépasse Il,5, on réduit l'alimentation d'oxyde
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d'augmenter le débit d'oxyde d'éthylène.
La réaction se fait en grande partie dans le premier compartiment
(2) et elle diminue progressivement dans les compartiments suivants pour s'achever dans le dernier compartiment (6). Par la figure 3, on
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Dans le même but, il en faut 1,12 m<3> dans le compartiment (3), 0,60 m<3>
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dans le compartiment (6). Puisque le A t est le même dans tous les compartiments, les débits d'eau de refroidissement sont proportionnels aux calories enlevées et donc à la quantité de chlorure de choline formée dans chaque compartiment.
Le mélange réactionnel sortant du compartiment supérieur (6) entre dans le séparateur (20), d'où il sort par une vanne modulée (21) qui reçoit son signal de l'indicateur de niveau (22).
On soutire ainsi, par heure, 1264 litres ou 1390 kg de solution de chlorure de choline. Le temps de séjour est donc de 500 : 1264 =
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éthylène chlorhydrine 0,02% en poids oxyde d'éthylène 0,23% en poids coloration APHA : 15
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100%, ce qui correspond à un rendement de 98,9% du rendement théorique par rapport aux matières premières.
Par passage d'un courant d'air à travers la solution de chlorure de choline dans une tour de ruissellement, on élimine l'oxyde
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commerciales courantes pour ce genre de produit.
Revendications
1. Procédé de fabrication d'une solution aqueuse de chlorure de choline
par réaction d'une solution aqueuse de chlorhydrate de triméthyl-
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en phase liquide et suivant un noue continu, caractérisé en ce que
(a) on alimente la solution aqueuse de chlorhydrate de triméthylamine et l'oxyde d'éthylène liquide dans un rapport substantiellement molaire à l'entrée d'une zone de réaction pour former un mélange de réaction,
(b) on fait progresser le mélange de réaction sous la forme d'un courant unidirectionnel depuis l'entrée jusqu'à la sortie de la zone de réaction, en exécutant la réaction dans des conditions isothermiques à une température choisie dans l'intervalle de 50 à 65[deg.]C, de préférence de 55 à 60[deg.]C, sous une pression choisie dans l'intervalle de 3 à 8 bars, de préférence de 5 à 6 bars, et
(c) on recueille la solution aqueuse de chlorure de choline ainsi formée à la sortie de la zone de réaction.
Continuous manufacturing process of
choline chloride At the present time, the weakest synthetic route for preparing choline chloride economically consists in using
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hydrochloric acid, abundant and relatively inexpensive products.
In this synthesis, we can either react trimethylamine with ethylene oxide to obtain choline, which is then converted into choline chloride by the action of hydrochloric acid, or else react trimethylamine with hydrochloric acid and treating the trimethylamine hydrochloride thus obtained with ethylene oxide. This represents a first distinction to be made between the various processes based on this mode of synthesis.
<EMI ID = 2.1>
in a discontinuous or continuous mode. However, the continuous mode has considerable advantages over the discontinuous mode for the following reasons:
a) suppression at each operation of the separate manipulations of <EMI ID = 3.1>
purging the device with an inert gas; b) easier maintenance of regular operating conditions; c) greater productivity of the apparatus at equal capacity; d) more constant quality of the product obtained.
This is why the present invention relates exclusively to the manufacture of choline chloride in a continuous mode.
In addition, the process according to the invention falls into one of the processes in which an aqueous solution is used as raw materials.
<EMI ID = 4.1>
Finally, still more particularly, the process of the invention is part of the processes in which the reaction is carried out exclusively in the liquid phase.
This production can be schematized by the following equation:
<EMI ID = 5.1>
<EMI ID = 6.1>
complicated when it is desired to perform it in a continuous mode, in order to obtain a food grade product. Choline chloride
<EMI ID = 7.1>
livestock and poultry; it cannot therefore contain products that impart a bad taste or odor to food, and
<EMI ID = 8.1>
possible. For the continuous process envisaged to be of optimum interest compared to other currently known processes, the choline chloride obtained must be directly a marketable product, exhibiting the required qualities of odor, taste, color and harmlessness, and this without having to resort to subsequent treatments
purification coming to encumber the manufacturing cost.
In fact, for choline chloride to be devoid of
the unpleasant odor and taste of trimethylamine and / or its hydrochloride) it is necessary to carry out the reaction schematized above with a stoichiometric amount or even slightly
<EMI ID = 9.1>
However, the Applicant has observed that by carrying out the synthesis in the presence of an excess of ethylene oxide, the coloration which appears when the choline chloride solution is heated is all the stronger as the excess of The ethylene oxide is larger, especially in a heterogeneous system and in particular in the presence of a gas phase. She
<EMI ID = 10.1>
<EMI ID = 11.1>
of ethylene oxide and as to the reaction temperature.
On the other hand, in the reaction medium, it also forms
<EMI ID = 12.1>
hydrochloric acid. However, ethylene chlorohydrin is a toxic substance; this is why its content in the choline chloride obtained should be as low as possible. It is possible to envisage lowering the content of ethylene chlorohydrin by operating a hot hydrolysis, but, as has just been explained, the coloring of the final product
<EMI ID = 13.1>
certain incompatibility between obtaining, on the one hand, a weakly colored choline chloride and, on the other hand, a choline chloride with a low ethylene chlorohydrin content. What further complicates the problem is that substances with molecular weight can also be formed.
<EMI ID = 14.1>
of water.
All these difficulties had been removed by the process of Belgian patent n [deg.] 761,715 in the name of the applicant.
This process has been used for many years industrially in an installation comprising two reactors in series followed by an evaporator. The first reactor is cylindrical in shape and
<EMI ID = 15.1>
coaxial, dividing the interior of the reactor into an annular outer zone and a cylindrical inner zone which communicate with each other from above and below. Feeding reagents (solution
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A central cylindrical turbine is mounted which circulates the reaction mixture from bottom to top in the central chamber and from top to bottom in the external annular chamber, at an hourly rate which represents several hundred times the useful volume of the reactor. A suitable refrigeration system is used to dissipate the heat generated by the exothermicity of the reaction. In other words, the first reactor therefore operates in the manner of a "loop reactor", with repeated recycling of the reaction mixture and therefore repeated contact ("back mixing") thereof with the fresh raw materials. injected continuously, while ensuring, however, by the arrangement of the discharge port of the reactor at the top thereof, that no gas phase is formed in the reactor.
The reaction mixture leaving the first reactor is sent to a second reactor of the tube bundle type, in which it is not stirred, then it leaves the second reactor to be concentrated in a
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<EMI ID = 18.1>
discharge for the liquid phase (aqueous solution of choline chloride ready for consumption). The residence time of the reaction mixture in the first reactor is on average 70 minutes and in the second reactor on average 20 minutes, or a total of about 90 minutes.
Although the process of Belgian patent n [deg.] 761,715 constitutes an undeniable technical progress compared to the other processes in application at that time, the applicant has meanwhile carried out work
<EMI ID = 19.1>
the advantages acquired by the process of said patent, would eliminate certain drawbacks which have been observed during its years of operation;
<EMI ID = 20.1>
1) we do not always know how to completely avoid local overheating,
which are the cause of a loss of ethylene oxide by polymerization,
2) the installation is relatively expensive because it requires
the use of two reactors, 3) to increase the productivity of the manufacturing facility,
it should be possible to considerably shorten the residence time of the reaction mixture in the installation.
These various drawbacks are eliminated by the process
object of the present invention, in which all
the advantages of the process of Belgian patent 761,715 in the name of
Applicant despite the fact that the present method is based on an entirely different principle.
The present invention results in fact from the discovery that
to achieve this triple objective, two essential conditions must be met, namely:
a) the conduct of the reaction between the solution of trimethylamine hydrochloride and ethylene oxide must also be isothermal
as possible, from the start of the reaction zone to
the end of it; b) “back mixing” cannot occur during the reaction mixture passing through the reaction zone.
When these two requirements are satisfied simultaneously, the drawbacks mentioned above are completely avoided, given that:
1) local overheating no longer occurs,
2) you can operate in a single reactor instead of two,
3) The residence time is less than 30 minutes (instead of 90 minutes).
As the exothermicity of the reaction is much greater
when. the two fresh reagents (aqueous hydrochloride solution
of trimethylamine + ethylene oxide) come into contact only when
where the reaction mixture reaches the outlet of the reaction zone
because it now contains only traces of unreacted reagents, the cooling must be much more vigorous at the start of the reaction zone than at the end of it. In addition, to satisfy the point a) above of isothermicity, it is necessary that the intensity of the cooling gradually decreases from the entry of the
<EMI ID = 21.1> the course of the reaction zone will be all the better carried out as the cooling means are closer together and consequently more numerous, while acting however less and less
<EMI ID = 22.1>
of the reaction zone. In addition, from entering the reaction zone to leaving the latter, the reaction mixture must be perfectly and constantly mixed to ensure intimate contact between the reactants at all times and to avoid overheating. Finally, in order to satisfy point b) above of the absence of any "back-mixing", the reactants and the reaction products which form from them will have to progress through the reaction zone as if they were pushed. by a piston, without the possibility of backtracking.
The invention relates to a method of manufacturing an aqueous solution of choline chloride by reacting a solution
<EMI ID = 23.1>
liquid, hot and under pressure in liquid phase and in a continuous mode, characterized in that <EMI ID = 24.1> and the liquid ethylene oxide in a substantial ratio
<EMI ID = 25.1>
reaction,
(b) the reaction mixture is advanced as a unidirectional stream from the inlet to the outlet of the reaction zone, carrying out the reaction under isothermal conditions at a temperature selected within the range of 50 to
<EMI ID = 26.1>
the range of 3 to 8 bars, preferably 5 to 6 bars, and
(c) collecting the aqueous solution of choline chloride thus formed at the outlet of the reaction zone.
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invention must have a purity of at least 99.5%; its content
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preferably in liquid form, to avoid any formation of a gas phase during the reaction.
<EMI ID = 29.1>
prepared in a manner known per se, for example from aqueous hydrochloric acid of food grade and gaseous trimethylamine. In carrying out the process, the aqueous solution of
<EMI ID = 30.1>
colorless aqueous hydrochloric acid, of food grade, having an HCl concentration preferably of 15 to 38% by weight and an iron content of less than or at most equal to 0.005% by weight, and from gaseous trimethylamine of equal purity or greater than 99%.
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can vary within wide limits; it is chosen according to the water content that it is desired to obtain in the final aqueous solution of choline chloride. By way of example, if it is desired to prepare an aqueous solution of choline chloride at 70% by weight, which therefore contains approximately 30% by weight of water, for this purpose an aqueous solution of trimethylanine hydrochloride will be used which contains approximately 39% by weight of water, prepared from approximately 38% hydrochloric acid
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of the invention preferably consists of a reactor divided into several compartments. The number of these compartments can be as large as you want; however, the Applicant has observed that at least three, and preferably five compartments, are sufficient in the reactor to ensure good isothermicity. Each reactor compartment must contain an efficient means of agitation; in addition, it must include an independent cooling means, that is to say adjustable independently of the setting of the cooling means in the other compartments of the reactor, in order to allow the same reaction temperature to be maintained in all the compartments. of the reactor, regardless of the quantity of calories to be dissipated in each of them.
Finally, the reaction mixture located in a given compartment cannot return to the compartment which precedes it; in other words, the reactor for carrying out the process according to the invention is of the "piston type. ", unlike for example <EMI ID = 33.1>
recycling".
A non-limiting model of a reactor that can be used in this process is illustrated in Figures 1 and 2 of the accompanying drawing in which:
- * Figure 1 schematically shows in vertical section a compartmentalized reactor usable in the process according to the invention,
- Figure 2 is a partial sectional view, on a larger scale, of a reactor compartment,
FIG. 3 is a graph indicating the flow rate of cooling water which must be passed through each of the successive compartments of the reactor according to the invention so that the operation of the operation is substantially isothermal throughout the reactor.
Referring to Figure 1, the reference (1) designates the vertical cylindrical wall of a reactor with five compartments (2,3,4,5,6).
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by the motor (19) to ensure efficient agitation. mixing the reaction; in addition each compartment contains a cooling coil (9) through which a cooling liquid (preferably water) flows into the coil through a supply tube (10) and which leaves it through a discharge tube ( 11). The various compartments are isolated from each other by a partition in two parts, one fixed (12) being integral with the wall (1) of the reactor, the other mobile (13) being mounted integrally on the coaxial shaft ( 7). The reagents, namely trimethylamine hydrochloride and ethylene oxide, are introduced into the reactor respectively by the
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(16) and (17). The reaction mixture thus formed then passes from the lower compartment (2) to the upper compartment (6) through the annular spaces existing in the dividing partitions between the fixed partition part (12) and the movable partition part <EMI ID = 36.1>
<EMI ID = 37.1> the temperature of the cooling water at the outlet of each
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(2 to 6). On each of the cooling liquid supply tubes (10) of the coils (9) is mounted a valve (not shown) to adjust at will the flow rate of the cooling liquid admitted into each of the compartments (2 to 6), each of which these valves can be adjusted manually or preferably * slaved to each of the
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of the reaction mixture in each of the compartments (2 to 6) of the reactor, as will be explained in detail in the working example below in FIG. 3 of the accompanying drawing.
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is preferably stoichiometric, that is to say 1 mole of trimethylamine hydrochloride for one mole of ethylene oxide. However, to avoid the presence of free trimethylamine hydrochloride
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of choline chloride, leaving the reactor, to treatment with air to remove any excess ethylene oxide, the air contaminated with ethylene oxide then being burned in a furnace to avoid any pollution. Experience has shown that an aqueous solution of choline chloride is obtained which is perfectly suitable for food uses, if the feed of trimethylamine hydrochloride and that of ethylene oxide are adjusted so that the pH of / solution of choline chloride at the outlet of the reactor is between 11.0 and
11.5.
The reaction temperature should be as much as possible the same in each of the reactor compartments, by appropriate control of the coolant in each of the coils. This temperature is chosen from the range of 50 to 65 [deg.] C, preferably 55 to 60 [deg.] C. Higher than 65 [deg.] C, there is a formation of by-products increasing in proportion to the increase in temperature, while lower than 50 [deg.] C, the reaction rate decreases in proportion to the increase in temperature. decrease in temperature. ,
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preferably 5 to 6 bars.
The yield obtained in choline chloride in the process in accordance with the invention is practically quantitative and always exceeds 98% of the theoretical yield calculated with respect to the quantities of raw materials used. The aqueous solution of choline chloride obtained at the outlet of the reactor meets the standards imposed on this product for food uses, as will be shown in the example below which illustrates the invention without limiting it.
Example.
A five-compartment stage reactor like that shown in Figure 1, with a working volume of 500 liters, is used, which
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and heating the contents of the reactor by direct injection of steam, until a uniform temperature of 60 [deg.] C is obtained in all compartments.
At this time, the introduction of the reagents is started by means of the two metering pumps (16) and (17) in the lower compartment (2), that is to say 1105.5 kg / hour of aqueous hydrochloride solution. trimethylamine at 56.2% by weight (ie 621.3 kg or 6.5 kmoles of trimethylamine hydrochloride) and 286.3 kg / hour (or 6.5 isolates) of ethylene oxide.
The exothermic reaction between trimethylamine hydrochloride and ethylene oxide raises the temperature at T 10 in compartment (2). As soon as this exceeds the set point of 60 [deg.] C, the temperature regulator opens the automatic valve of the cooling circuit and regulates the flow of cooling water so as to maintain the temperature in T 10 to 60 [deg .]VS.
Continuous supply of the two reagents at the bottom of the compartment
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say that the reaction mixture from the lower compartment (2) is forced through the annular space into the next compartment (3) in which the reaction continues. The temperature in T 9 in turn rises, and,
as soon as it exceeds the set point of 60 [deg.] C, water begins to circulate in the cooling coil of this compartment. The modulated valve regulates the flow rate so as to maintain the set point of 60 [deg.] C here too.
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when the regimen is established, a steady state is obtained in all compartments.
At this time, the pH of the aqueous solution of choline chloride leaving the reactor through line (18) should be between 11.0 and 11.5. If the pH exceeds 11.5, the oxide feed is reduced
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to increase the flow of ethylene oxide.
The reaction takes place largely in the first compartment
(2) and it gradually decreases in the following compartments to end in the last compartment (6). By figure 3, we
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For the same purpose, 1.12 m <3> are needed in the compartment (3), 0.60 m <3>
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in the compartment (6). Since the At is the same in all the compartments, the cooling water flow rates are proportional to the calories removed and therefore to the amount of choline chloride formed in each compartment.
The reaction mixture leaving the upper compartment (6) enters the separator (20), from where it exits through a modulated valve (21) which receives its signal from the level indicator (22).
1264 liters or 1390 kg of choline chloride solution are thus withdrawn per hour. The residence time is therefore 500: 1264 =
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ethylene chlorohydrin 0.02% by weight ethylene oxide 0.23% by weight APHA coloring: 15
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100%, which corresponds to a yield of 98.9% of the theoretical yield relative to the raw materials.
By passing an air stream through the choline chloride solution in a trickle tower, the oxide is removed
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commercial transactions for this type of product.
Claims
1. Process for making an aqueous solution of choline chloride
by reaction of an aqueous solution of trimethyl hydrochloride
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in liquid phase and following a continuous valley, characterized in that
(a) the aqueous solution of trimethylamine hydrochloride and the liquid ethylene oxide are fed in a substantially molar ratio to the inlet of a reaction zone to form a reaction mixture,
(b) advancing the reaction mixture as a unidirectional stream from the inlet to the outlet of the reaction zone, carrying out the reaction under isothermal conditions at a temperature selected from the range of 50 to 65 [deg.] C, preferably 55 to 60 [deg.] C, under a pressure chosen in the range of 3 to 8 bars, preferably 5 to 6 bars, and
(c) collecting the aqueous solution of choline chloride thus formed at the outlet of the reaction zone.