CH317898A - Verfahren zur Herstellung von Alkylenoxyd-Kondensationsprodukten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Alkylenoxyd-Kondensationsprodukten

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CH317898A
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ethylene oxide
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alkylene oxide
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Peter Dr Bernoulli
Gross Adolf
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Ciba Geigy
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C59/00Compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms and containing any of the groups OH, O—metal, —CHO, keto, ether, groups, groups, or groups
    • C07C59/125Saturated compounds having only one carboxyl group and containing ether groups, groups, groups, or groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07C303/00Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides
    • C07C303/02Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of sulfonic acids or halides thereof

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description


  



  Verfahren zur Herstellung von   Alkylenoxyd-Kondensationsprodukten   
Es ist bekannt, dass sich Äthylenoxyd in An-oder Abwesenheit von Kondensationsmitteln mit einer grossen Zahl von organisehen und anorganischen Verbindungen, die mindestens ein reaktionsfähiges Wasserstffatom aufweisen, umsetzt. Je naeh der Zahl der addierten Äthoxygruppen entstehen dabei mehr oder weniger   hoehmolekulare Konden-      sat, ionsprodukte, :    die in der Regel wasserlöslich und als   Textilhilfsmittel, Wasehmittel    usw. verwendbar sind.   



   Da Äthylenoxyd nieht nur giftig ist, sonr    dern auch in Mischung mit Luft, ja   gege-    benenfalls sogar für sich allein explosive Eigenschaften hat, bietet die Herstellung der genannten Kondensationsprodukte eine Reihe von Schwierigkeiten, Wird die Umsetzung beispielsweise in einem Autoklaven vorgenommen, wobei das Äthylenoxyd kontinuierlich oder in einzelnen Portionen gegen den im Autoklaven vorhandenen Druck zugepumpt wird, so kann die Reaktionsgeschwindigkeit nieht genügend reguliert werden, weil einerseits das flüssige Oxyd unter   Verbrauell    von Wärme verdampft, während anderseits die Anlagerung an die organischen Verbindungen stark exotherm verläuft.

   So kann die Reaktion zeitweise fast   zumStillstandkom-    men und dann wieder sehr heftig verlaufen, wobei Temperaturen und   Drueke    starken Schwankungen ausgesetzt sind. Ein so unregelmässiger und von   auben      kaum beeinfluss-    barer Reaktionsverlauf ist nicht nur verfah  renstechnisch    unbefriedigend,   sonde :    gibt oft auch unregelmässige Erzeugnisse.



   Es ist für die glatte Umsetzung   wesent-      lich,    dass die   organische resp. anorganische    Verbindung mit mindestens einem reaktionsfähigen Wasserstoffatom in möglichst, engen Kontakt mit dem Äthylenoxyd gebracht wird.



  Zu diesem   Zweeke    wurde eine Umwälzapparatur in   Vorsehlag    gebraeht, in welcher die umzusetzende Verbindung   fedm zerstäubt    wird, während man fortlaufend ein   Gemiseh von    Äthylenoxyd mit einem inerten Gas in den   Reaktionsraum hineinfuhrt. Dabei    setzt sieh ein Teil des Äthylenoxyds um und die   erhal-    tenen Reaktionsprodukte werden nach   erfolg-    ter Abkühlung wieder in die Reaktionszone zurückgeführt. Der Partialdruck des Äthylen  oxyds macht dabei    je nach dem Gesamtdruck, der 1,4-5 atü beträgt, etwa 30-80% aus und bleibt dabei immer unterhalb der Explo  sionsgrenze.   



   Das genannte Verfahren gewährleistet wohl einen gefahrlosen Betrieb, bedingt aber umgekehrt auch einen bedeutenden apparativen Aufwand. Ausser   einer selbsttätigen Zufluss-    regelung fiir das flüssige Äthylenoxyd ist für das Reaktionsgefäss ein Wärmeaustauscher erforderlich,   weleher ebenfalls automatiseh    ein-und ausgeschaltet wird, je nachdem die Verdampfung des   Äthylenoxyds    im Reak  tionsgefäss    eine Erwärmung g bzw. die Wärme  tonus,    der Reaktion eine Kühlung erfordert.



  Die Verdampfung des Äthylenoxyds im Reak tionsgefäss bringt auch den Nachteil mit sich, dass das Oxyd sieh in flüssiger Form in den   verspriihten    Tröpfehen der umzusetzenden Verbindung ohne zu reagieren lösen kann, und dass die Reaktion erst später in nieht kontrollierbarer Weise und unter erheblicher   'Wärmeentwicklung erfolgt. Die    Einhaltung von bestimmten Temperaturen in, engen Grenr zen ist aber bei Reaktionen mit Äthylenoxyd von sehr grosser Bedeutung, weil einerseits die   Umsetztzg    stark exotherm verläuft und anderseits die Reaktionsgeschwindigkeit sehr stark   temperaturempfindlieh    ist. Aus diesen Gründen ist es wichtig, zu vermeiden, dass sich grössere Mengen unumgesetztes Äthylenoxyd in der   Rea. ktionsmisehung befinden.   



  Diesem Erfordernis trägt das erwähnte Verfahren zu wenig Rechnung. Weiterhin ist es selbstverständlich, dass auch das Arbeiten unter im Interesse der Betriebssieherheit genau einzuhaltenden   Gaspartialdrueken    einen grossen Aufwand an Apparaturen und eine entsprechende Bedienung und Wartung erfordert.



   Es wurde nun gefunden, dass man die   Nachteile des. bekannten Verfahrens    beheben kann, wenn man das Xthylenoxyd ausserhalb der Reaktionszone verdampft und gasförmig ohne Überdruck in dieselbe einführt.



   Die vorliegende Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren zur Anlagerung von Al  kylenoxyden    in Dampfform an in einer Um   wälzapparatur zerstäubte flüssige, gelöste    oder   gesehmolzene organisehe    oder   anorgani-    sche   Verbindlmgen    mit mindestens einem reaktionsfähigen Wasserstoffatom, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man das   Alky-    lenoxyd ausserhalb der Reaktionszone verdampft, in Dampfform ohne Überdruck in die Reaktionszone einführt und mit der zu feinen   Tropfchen    verteilten organischen bzw. anorganischen Verbindung zur Umsetzung bringt.

   Die   Verdampfwn, g des Alkylenoxyds       wird zweckmässig ausserhalb des Reaktions-    gefässes in einem besonderen   Verdampfungs-    gefäss vorgenommen. Dem   Alkylenoxyddampf    kann ein inertes Gas als Verdünnungsmittel beigefügt sein ; es ist jedoeh vorteihafter davon   abzusehen,    weil bei grösserer   Konzen-    tration des   Alkylenoxydgases    die Umsetzungsgeschwindigkeit stark erhöht wird, was zur Folge hat, dass sich das   Alkylenoxyd,      insbe-    sondere   dasÄthylenoxyd,praktisch    momentan mit der fein verteilten organischen bzw. anorganischen Verbindung umsetzt.

   Jede Ansammlung von bloss gelöstem oder gar   flussi-      gemÄthylenoxyd    im Reaktionsgefäss wird weitgehend unmöglich gemacht und damit werden auch grössere Untersehiede in der    Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur-      schwaninmgen    vermieden. Da unter Atmo  sphärendruek gearbeitet wird, können    momentan auftretende   kleine Überschüsse an Äthy-    lenoxyd in einfacher Weise durch eine Waschflasche entweichen.



   Als Alkylenoxyd kommt hauptsächlich Äthylenoxyd in Betracht ; aber   aueh    andere einfache Oxyde, wie Propylenoxyd oder Buty  lenoxyd,    können verwendet werden. Als anorganische oder insbesondere organische Verbindungen mit mindestens einem reaktionsfähigen Wasserstoffatom können alle diejenigen Verbindungen benutzt werden, die übli  cherweise    mit   Alkylenoxyden    umgesetzt werden, beispielsweise   Hydroxylverbindungen,    Carbonsäuren, Amine, Mercaptane, Amide usw. Bei der Verwendung von hoehsehmelzenden festen Verbindungen kann es zweckmäss i sein, Lösungen heranzuziehen, wobei als Lo  sungsmittel      naturgemässsolche    in Betracht kommen, die bei den Umsetzungstemperaturen noch flüssig sind.

   Gegebenenfalls ist es vor  teilhaft,    die Umsetzung in Gegenwart von Katalysatoren   vorzunehmen,wozudiebei    solchen Reaktionen üblichen Verbindungen benützt werden können Die für das Verfahren    einzuhaltendenTemperaturenkönneninwei-    ten Grenzen schwanken und richten sich    hauptsächlichnachderReaktionsgeschwin-    digkeit, mit der die Umsetzung abläuft. Ge  eignete    Temperaturen liegen z. B. zwischen 50 und   200 .    Die untere Grenze der Reaktionstemperatur ist natürlich durch die Verdamp   fungstemperatur des Alkylenoxyds gegeben.   



  Die Anzahl der   Alkylenoxydhnolekiile,    die an die Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen angelagert werden, kann ebenfalls in weiten Grenzen schwanken und richtet sich nach den Eigenschaften, die das Endproduit aufweisen soll.



   Die Tatsache, dass das Alkylenoxyd, insbesondere das   Äthylenosyd,    in   dampfförmigem    Zustand kontinuierlich in den Reaktionsraum eingeführt und dort momentan und vollständig umgesetzt wird, gewährleistet eine ein   fache und sichere, gleichmässige Reaktions-    führung, welche dementsprechend aueh   gleich-    mässige und   daherhochwertigeProdukte    ergibt.   Lberdies    ermöglicht die vorliegende Er  findung    auch eine Vereinfachung in apparativer Hinsicht, da ohne Überdruck gearbeitet wird. Eine geeignete Apparatur ist in der beiliegenden Zeichnung   schematiseli    dargestellt und wird in Beispiel   1    näher erläutert.



  Um die Bildung   vonÄthylenoxyd-Luftgemi-    sehen am Anfang einer   Syntheseperiode    zu verhindern, ist es zweckmässig, die Luft zuerst durch ein Inertgas, wie Stielistoff, Methan   oder Butan, zu. verdrängen. Diese    Inertgase werden dann ihrerseits dureh den einströmen  den Äthylenoxyddampf aus    dem   Reaktions"    gefäss verdrängt. Die Entfernung der Luft kann auch   durez    Evakuieren der Apparatur erfolgen.



   In den nachfolgenden Beispielen bedeuten Teile   Gewiehtsteile,    das Verhältnis von Ge  wichtsteilen zu Volumteilen    ist   dasgleiche    wie das zwischen Kilogramm und Liter.



   Beispiel 1
Aus der gesamten Apparatur, die in der beiliegenden Zeichnung   sehematiseh darge-    stellt ist, wird die Luft durch Stiekstoff verdrängt. Darauf wird im   Reaktionsgefäss7das    Ausgangsmaterial (Octylphenol) auf etwa,   150  aufgeheizt nnd nach Offnen des    Bodenventils 8 dureh die Pumpe 9 in Zirkulation gesetzt und durch die Fliehkraftdüse 10 zer  stäubt. Durch    eine   Schleusenvorriehtung    11 kann unter Luftaussehluss   Natriummetall    hinzugefügt werden, wobei der sieh sofort   ent-    wickelnde Wasserstoff durch den   Flüssig-    keitsabsehluss 15 entweicht.



   Der auf einer Waage stehende Vorratsbe  hälter      1    für Äthylenoxyd wird durch das Einlassventil 2   mit Stiekstoffüberdruck    versehen. Dem vorgewärmten Verdampfer 4 wird durch das Auslassventil 3 das Regulierventil 5 und das Schauglas 6 flüssiges Äthylenoxyd zugefügt, das momentan verdampft und in Dampfform unter 45  in das Reaktionsgefäss 7 überströmt.



   Durch den Flüssigkeitsabschluss   15    entweicht anfänglich ein Gemisch   vonÄthylen-       oxyd und Inertgas. Unter äusserer Wärmezu-    fuhr setzt die Reaktion langsam ein, wodurch zusätzlich Warme frei wird. Bei etwa 170  kann die Heizung abgeschaltet werden, da dann die frei werdende Reaktionswärme   grö-    sser ist als die Abstrahlungsverluste. Bei noch höheren Temperaturen muss durch zusätzliche Kühlung des   Reaktionsgefässes7dafür    gesorgt werden, dass die Reaktionstemperatur mögliehst konstant bleibt.



     DieÄthylenoxydzufuhr    ist derart zu regulieren, dass sieh   wederimVerdampferflüssi-      gesÄthylenoxydansammeln    kann, noch aus dem   Flüssigkeitsabsehluss    15 nennenswerte Mengen   Äthylenoxydgas entweichen können.   



  Ist der   Gasraum7beiAtmosphärendruck    ausschlieblich   mitÄthylenoxydgasgefüllt,    so kann die   Aufnahme 1000-1200    g pro Minute   betragenbeieinerFlüssigkeitsumwälzung    von 500 Liter. Die Differenz zwischen den 3 Thermometern 12, 13 und 14 beträgt höchstens   I-2 ,    die Reaktionstemperatur selbst beträgt je nach Ausgangsmaterial und Alkalimenge   170-195 .    Die Reaktion kann jederzeit durch Schliessen des Ventils 5 und   rauches    Einleiten von. Stickstoff zur Vermeidung eines Unterdruckes   unterbrochen,unddurcherneute      Äthylenoxydzufuhr    wieder in Gang gesetzt werden.



   In der   beschriebenenApparaturwerden    200 Teile Octylphenol auf   150     erwärmt.



  Nach Zugabe von 0, 4 Teilen   Natriummetall    wird bei   165     mit dem Einleiten von   Äthylen-    oxyd begonnen. In total 8 Stunden werden 350 Teile eingeleitet, wobei die Aufnahme zwi  schen    185 und 190  60-70 Teile pro Stunde beträgt. 



   Beispiel 2
In der im Beispiel   1    beschriebenen Apparatur werden 175 Teile   Ricdnusol auf 150     erwärmt und 1 Teil   Natriummetall    zugefügt.



  In 9 Stunden werden   325    Teile Äthylenoxyd eingeleitet, wobei bei 190-195  50-55 Teile pro Stunde aufgenommen werden.



      Beispie. 3   
In der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur werden 60 Teile 30,   5  /oige Natriumbi-       sulfitlösungimStickstoffstromunterZirku-      lieren    auf 70    erwärmt. Nach    Abstellen der   Stickstoffzufuhr    wird dem Verdampfer langsam Äthylenoxyd zugeführt, das momentan verdampft und   in das Reaktionsgefäss über-    strömt. Vorerst entweieht ein   GFemiseh    von Stickstoff und Äthylenoxyd durch die Waschflaschen. Mit fortschreitender Zunahme des   Xithylenoxydpartialdruekes    setzt die Reaktion unter Wärmeabgabe ein.

   Durch Kühlen des    ReaktionsgefässeswirddieTemperaturauf    70  konstant gehalten, das Maximum der Auf  nahme      an Äthylenoxyd wird. erreicht    mit etwa 0,   1    Teil pro Minute, wenn der gesamte    Stickstoffdurchdie'Waschflaschenausgetre-    ten ist und somit praktiseh keine Gasblasen mehr entweichen.



   Durch   RegulierenderÄthylenoxydzufuhr    zum Verdampfer wird der Druck im Reaktionsgefäss so eingestellt, dass praktisch kein Überdruck vorhanden ist, wobei der   Flüssig-      keitsstand    in den Waschflaschen als Druckanzeiger dient.



   Nach der Aufnahme von   78    Teilen Äthy  lenoxyd    wird die Zufuhr zum Verdampfer geschlossen und gleichzeitig der Gasraum mit    Stickstoffgefüllt,bevordurchdenentstehen-    den Unterdruek Luft durch die   Waschfla-      schen zurückgesaugt    werden kann.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Anlagerung von Alkylen- oxyden in Dampfform, an in einer Umwäl- zungsappara,turzerstäubte,flüssige,geloste oder geschmolzene Verbindungen mit minde stens einem reaktionsfähigen Wasserstoff -atom, dadurchgekennzeichnet,dassman das Alkylenoxyd ausserhalb der Reaktionszone verdampft, in Dampfform ohne Uberdruek in die Reaktionszone einführt und mit der zu feinen Tröpfchen verteilten Verbindung zur Umsetzung bringt.
    UNTEBANSPBÜCHE 1. Verfahren naeh Patentanspruch, da durchgekeninzeiehnet,dass man die Verdamp fung des Alkylenoxyds in einem besonderen, vom Beaktionsgefässgetrennten Verdamp fungsgefä. vornimmt.
    2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass man als AlkylenoxydÄthylenoxyd ver wendet.
    3. Verfahren nach Patentanspruchund den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass man einen Katalysator ver wendet.
    4. Verfahren naeh Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch. ge- kennzeichnet, dass man als liata. lysator Na triummetall verwendet.
    5. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass man als Verbindung mit mindestens einem reaktionsfähigen Wasaer- stoffatom eine organisehe Verbindung mit mindestens einer Hydroxylgruppe verwendet.
    6. Verfahren naeh Patentansprueh lmd den Unteransprüchen l bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Alkylphenol verwendet.
    7. Verfahren nach Patentansprueh und den Unteransprüchen 1 bis 3, 5 und6,da durch gekennzeichnet, dass man Oetylphenol verwendet.
CH317898D 1953-05-13 1953-05-13 Verfahren zur Herstellung von Alkylenoxyd-Kondensationsprodukten CH317898A (de)

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