Verfahren und Vorrichtung zur Umesterung von Estern aliphatischer Carbonsäuren und mehrwertiger Alkohole Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umesterung von Estern aliphatischer Carbonsäuren und mehrwertiger Alko hole, wie Glyceriden und insbesondere fetten Ölen und Fetten,
wobei es sich sowohl um einen inter- molekularen wie auch um einen intramolekularen Austausch handeln kann.
In Alkohol gelöste Alkali- oder Erdalkali- alkoholate sind als Katalysatoren für solche Um esterungen bekannt. Die Reaktionstemperatur der Umesterung mit derartigen Katalysatoren ist ver gleichsweise niedrig und liegt z. B. zwischen 15 und 150 . Die Reaktionsdauer beträgt bei den höheren Temperaturen des genannten Bereichs im allgemei nen weniger als eine Stunde.
Die Verwendung von in Alkohol gelösten Alkali- oder Erdalkalialkoholaten als Katalysator hat jedoch den Nachteil, dass bei der Umesterung Fettsäure ester des Alkohols, in welchem der Katalysator ge löst worden ist, gebildet werden, und dass zugleich eine äquivalente Menge Teilester des mehrwertigen Alkohols des Ausgangsmaterials gebildet wird. Die Bildung der genannten Ester des als Lösungsmittel verwendeten Alkohols, die in der Regel flüchtig sind und sich, wenn Speiseöle hergestellt werden sollen, bei der darauffolgenden Desodorisierung ver flüchtigen, führt zu erheblichen Verlusten. Es kann ferner auch die Bildung von Teilestern unerwünscht sein.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ermöglicht nun die überwindung der genannten Nachteile mit einfachen Mitteln.
Gemäss der Erfindung wird eine Lösung eines Alkali- oder Erdalkalialkoholats in einem flüchtigen Lösungsmittel, wie z. B. Alkohol, zweckmässig un- mittelbar vor der Durchführung der Veresterung, der Sprühtrocknung unterworfen und das so erhal tene Alkoholat als Katalysator für die Umesterung verwendet. Auf diese Weise wird das Lösungsmittel nahezu vollständig aus der Katalysatorlösung ent fernt und das Alkoholat in Form eines Pulvers er halten.
Vorteilhafte Ergebnisse können insbesondere dann erzielt werden, wenn für die Sprühtrocknung ein Sprühteller verwendet wird, der in geeigneter Weise in einem vorzugsweise unter Vakuum stehen den Reaktionsgefäss oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des in das Reaktionsgefäss eingebrachten Esters an geordnet ist. Es können auf diese Weise sprüh getrocknete Katalysatorteilchen einer Teilchengrösse in dem Bereich zwischen 10 und 50 ,u erhalten werden.
Die Ester, z. B. ein fettes. Öl oder Fett, ebenso wie die alkoholische Katalysatorlösung, können mit tels Vakuum in das Reaktionsgefäss gezogen werden.
Vorzugsweise wird der Ester, z. B. das Öl oder Fett, vor der Umesterung getrocknet. Eine solche Trocknung kann mit demselben Sprühtrockengerät durchgeführt werden, welches für die Trocknung der Katalysatorlösung benutzt wird.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in der Zeich nung dargestellt.
Fig.1 stellt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung dar.
Fig. 2 zeigt einen Sprühteller für die Sprüh trockenvorrichtung.
In Fig. 1 ist mit 2 das Reaktionsgefäss bezeich net, das über einen Teil seiner Höhe mit einem Heiz- mantel 10 versehen ist, an dem eine mit einem Ventil versehene Zuführungsleitung 11 für das Heiz- mittel und zwei ebenfalls mit Ventilen versehene Abführungsleitungen 12 bzw. 13 vorgesehen sind.
Das Reaktionsgefäss 2 ist ferner mit einer mit einem Ventil versehenen Zuführungsleitung 1 für den flüssigen Ester ausgestattet, die in einem in den obern Teil des Reaktionsgefässes 2 hineinragenden Auslaufstutzen la endet. Das Reaktionsgefäss 2 kann durch eine mit einem Ventil versehene Leitung 9, z. B. mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt), unter Vakuum gesetzt werden. In dem Reaktions gefäss 2 befindet sich ferner eine drehbare Welle 5, die an ihrem obern Teil einen Sprühteller 3 und an ihrem untern Teil einen Rührer 6 trägt.
An der Zuführungsleitung 1 befindet sich eine Abzweigung<B>l b,</B> die über ein Ventil zu einem Vor ratsbehälter 8 für die Katalysatorlösung führt.
<I>Beispiel</I> Ein Gemisch aus 20 Gew:o/o Baumwollsaatöl, 40 Gew.o/ri Kokosöl, 30 Gew.o/o gehärtetem Wal fischtran und 10 Gew:o/o gehärtetem Palmöl wurde auf ungefähr 120 erhitzt und darauf mittels Va kuum über die Zuführungsleitung 1 in das Reak tionsgefäss 2 eingesaugt und über den Stutzen 1 a dem Sprühteller 3 zugeführt. Der Sprühteller 3 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mit Riffelungen 4 versehen und besitzt einen gezackten Rand. Der auf der Welle 5 angeordnete Sprühteller 3 läuft dabei mit 800 bis 1000 Umdrehungen/Minute um.
Das dem Sprühteller 3 zugeführte flüssige Ölgemisch wird auf diese Weise fein versprüht und infolge des an gelegten Vakuums getrocknet.
Nachdem das Ölgemisch eine bestimmte Höhe (Flüssigkeitsspiegel 7) in dem Reaktionsgefäss 2 er reicht hatte, wurde die Ölzufuhr abgestellt und das Ventil in der Zweigleitung 1 b geöffnet, so dass die aus einer 20 o/Gigen Natriummethylatlösung in Alkohol bestehende Katalysatorlösung - in einer Menge von 0,2o/rNatriummethylat, berechnet auf die Menge des zu behandelnden Öls - aus dem Vorratsgefäss 8 auf den Sprühteller 3 floss.
Die Ka- talysatorlösung wird dadurch fein versprüht, und der Lösungsalkohol wird durch das an das Reak tionsgefäss 2 angelegte Vakuum praktisch vollstän dig entfernt, bevor der erhaltene pulverförmige Kata lysator mit dem erhitzten Öl in dem Reaktionsgefäss 2 in Berührung kommt.
Der Katalysator wurde durch den mit derselben Geschwindigkeit wie der Sprühteller 3 umlaufenden Rührer 6 innig mit dem zu behandelnden Öl ge mischt. Es ist darauf zu achten, dass der Katalysator sich nicht an den Wänden des Reaktionsgefässes 2 festsetzt und sich dort anhäuft. Man kann dies da durch verhindern, dass man das Öl derartig kräftig rührt, dass die Wandteile des Reaktionsgefässes 2, auf welche der Katalysator gesprüht wird, ständig oder intermittierend von Öl überflossen werden.
Die Verwendung eines Sprühtellers 3 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Es können jedoch auch andere Sprühtrockengeräte, wie z. B. Spritzdüsen, zur Sprühtrocknung der Ka- talysatorlösung sowie zur Trocknung des Esters ver wendet werden.
Method and device for the transesterification of esters of aliphatic carboxylic acids and polyhydric alcohols The invention relates to a method and a device for the transesterification of esters of aliphatic carboxylic acids and polyvalent alcohols, such as glycerides and in particular fatty oils and fats,
it can be an intermolecular as well as an intramolecular exchange.
Alkali or alkaline earth alcoholates dissolved in alcohol are known as catalysts for such transesterifications. The reaction temperature of the transesterification with such catalysts is comparatively low and is z. B. between 15 and 150. At the higher temperatures of the range mentioned, the reaction time is generally less than one hour.
However, the use of alkali or alkaline earth metal alcoholates dissolved in alcohol as a catalyst has the disadvantage that fatty acid esters of the alcohol in which the catalyst has been dissolved are formed during the transesterification, and that at the same time an equivalent amount of partial esters of the polyhydric alcohol of the starting material is formed. The formation of said esters of the alcohol used as solvent, which are usually volatile and, if edible oils are to be produced, volatilize ver during the subsequent deodorization, leads to considerable losses. The formation of partial stars can also be undesirable.
The method according to the invention now enables the aforementioned disadvantages to be overcome using simple means.
According to the invention, a solution of an alkali or alkaline earth metal in a volatile solvent, such as. B. alcohol, expediently immediately before the esterification is carried out, subjected to spray drying and the alcoholate thus obtained is used as a catalyst for the transesterification. In this way, the solvent is almost completely removed from the catalyst solution and the alcoholate is kept in the form of a powder.
Advantageous results can be achieved in particular if a spray plate is used for the spray drying, which is arranged in a suitable manner in a preferably under vacuum the reaction vessel above the liquid level of the ester introduced into the reaction vessel. In this way, spray-dried catalyst particles having a particle size in the range between 10 and 50 μ can be obtained.
The esters, e.g. B. a fat one. Oil or fat, as well as the alcoholic catalyst solution, can be drawn into the reaction vessel using a vacuum.
Preferably the ester, e.g. B. the oil or fat, dried before transesterification. Such drying can be carried out with the same spray dryer that is used for drying the catalyst solution.
A device suitable for carrying out the method according to the invention is shown in the drawing.
1 schematically shows an apparatus for carrying out the method according to the invention.
Fig. 2 shows a spray plate for the spray drying device.
In FIG. 1, 2 denotes the reaction vessel, which is provided over part of its height with a heating jacket 10, on which a supply line 11 provided with a valve for the heating medium and two discharge lines 12 and also provided with valves 13 are provided.
The reaction vessel 2 is also equipped with a feed line 1 for the liquid ester which is provided with a valve and ends in an outlet nozzle 1 a protruding into the upper part of the reaction vessel 2. The reaction vessel 2 can be provided with a valve line 9, for. B. with a vacuum pump (not shown), are placed under vacuum. In the reaction vessel 2 there is also a rotatable shaft 5 which carries a spray plate 3 on its upper part and a stirrer 6 on its lower part.
On the supply line 1 there is a branch <B> l b, </B> which leads via a valve to a storage tank 8 for the catalyst solution.
<I> Example </I> A mixture of 20% by weight of cottonseed oil, 40% by weight of coconut oil, 30% by weight of hardened whale fish oil and 10% by weight of hardened palm oil was heated to approximately 120% and then sucked in by means of vacuum via the supply line 1 into the reaction vessel 2 and supplied to the spray plate 3 via the nozzle 1a. As can be seen from FIG. 2, the spray plate 3 is provided with corrugations 4 and has a serrated edge. The spray plate 3 arranged on the shaft 5 rotates at 800 to 1000 revolutions per minute.
The liquid oil mixture supplied to the spray plate 3 is finely sprayed in this way and dried as a result of the vacuum applied.
After the oil mixture had reached a certain height (liquid level 7) in the reaction vessel 2, the oil supply was turned off and the valve in the branch line 1b was opened, so that the catalyst solution consisting of a 20% sodium methylate solution in alcohol - in an amount of 0.2o / r sodium methylate, calculated on the amount of oil to be treated - flowed from the storage vessel 8 onto the spray plate 3.
As a result, the catalyst solution is finely sprayed, and the solvent alcohol is practically completely removed by the vacuum applied to the reaction vessel 2 before the powdery catalyst obtained comes into contact with the heated oil in the reaction vessel 2.
The catalyst was intimately mixed with the oil to be treated by the stirrer 6 rotating at the same speed as the spray plate 3. It is important to ensure that the catalyst does not stick to the walls of the reaction vessel 2 and accumulate there. This can be prevented by stirring the oil so vigorously that the wall parts of the reaction vessel 2 onto which the catalyst is sprayed are constantly or intermittently overflowing with oil.
The use of a spray plate 3 represents a preferred embodiment of the invention. However, other spray drying devices, such as. B. spray nozzles, for spray drying the catalyst solution and for drying the ester can be used.