Verfahren zur Herstellung von Metallalkoxyden
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallalkoxyden.
Das Verfahren kann zur Herstellung einer grossen Anzahl von Metallalkoxyden dienen.
Die Herstellung der Metallalkoxyde erfordert die Lösung vieler tedhnischer Probleme. Beispielsweise werden zur Herstellung von Aluminiumisopropoxyd Aluminiummetall und Isopropylalkohol in einem Re aktionsgefäss bei genau kontrollierter Temperatur zusammen erhitzt, bis die Reaktion einsetzt, worauf die Reaktionswärme (die Reaktion ist exotherm) eine unlenkbare Temperaturerhö'hung im Reaktionsgemisch verursacht, wodurch die Reaktion noch be- schleunigt wird.
Um die Reaktionsbedingungen aus Sicherheitsgründen zu regulieren, muss man sorgfältig ausgearbeitete Wärmeaustauscher sowohl zur Erwärmung des Reaktionsgemisches, a3s auch zur Ableitung der Reaktionswärme verwenden. Diese Reguliervorrichtungen sind kostspielig und erfordern ständige Wartung. Auch wenn sie gut funktionieren, erhöhen sie die Fabrikationskosten und erfordern eine Druckvorrichtung. Im Falle falschen Funktio nierens ist die Reaktion sehr gefährlich.
Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, die Gefahren eines solchen Satzbetriebes ru elimillieren.
Dies wird dadurch erreicht, dass man Teile des organischen Ausgangs stoffes durch Verdampfung aus diesem entfernt, den Dampf zum räumlich entfernten Metall führt, wo er mit dem Metall reagiert und das Reaktionsprodukt vom Metall entfernt und dadurch die Metalloberfläche zu weiterer Reaktion freilegt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstel- lung von Metallalkoxyden ist dadurch gekennzeich- net, dass man durch eine aus einem Metall einer der Gruppen IA, IIA und IIIA des periodischen Systems bestehende Packung den Dampf eines Alkohols, dessen Siedepunkt. unter dem Schmelzpunkt des verwendeten Metalls liegt, strömen lässt, den durch die Packung entweichenden, unreagierten Teil des Dampfes kondensiert das Kondensat im Gegenstrom durch die Packung in das Gefäss fliessen lässt, aus weichem der Dampf entwickelt wurde.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die genaue stöchiometrische Verwendung der Ausgangs- stoffe, wodurch Verluste verrnieden werden können und die Reinigung des Produkts entfallen kann. Es werden folgende Vorteile erzielt: erhöhte Sicherheit; 1000/0 ige Durchführung, der Reaktion (berechnet auf Basis des flüchtigen Ausgangsstoffes, der immer in stöchiometrisch ungenügender Menge an der Reaktion teilnimmt), da der flüchtige Ausgangsstoff vollständig aufgebraucht wind; die Reinigung des Endprodukts ist vereinfacht ; es braucht z.
B. keine metallische Verunreinigung entfernt zu werden, da das Metall vom Endprodukt stets räumlich entfernt ist; da man einen Überschuss an Metall ansetzt, wird der ganze flüchtige Ausgangsstoff aufgebraucht und braucht nicht zwecks Reinigung des Endprodukts entfernt zu werden ; die für die Herstellung einer gewissen Menge des Endprodukts benötigte Zeit bleibt während des ganzen Reaktionsverlaufes konstant.
Die Reaktion geht fortlaufend vor sich, und da gleichzeitig nur ein kleiner Teil des flüchtigen Stoffes an der Reaktion teilnimmt, sind die Reaktionsbedingungen leicht kontrollierbar und die mit diesen Reaktionen verbundenen Gefahren werden vollständig vermieden; die zu verwendende Vorrichtung kann wirtschaftlich hergestellt werden und sie erfordert keine ständige Wartung wie die für das Satz Verfahren benötigte, wo die Reaktionsbedingungen sich nicht von selbst einstellen; beim erfindungsige- mässen Verfahren braucht kein Druck zum Regulieren der Reaktion verwendet zu werden, und man kann Bedingungen schaffen, unter weichen der Druck niemals eine gefährliche Höhe erreicht;
abweichend von den bekannten Methoden hat der in der Vorrichtung entwickelte D. ampf keine funktionelle Bedeutung; das erfindungsgemässe Verfahren kann kontinuierlich ausgeführt werden; zum Ingangsetzen der Reaktion ist kein Katalysator nötig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Oberfläche des reagie rennen Metalls stets vom Endprodukt reigewaschen wird, so dass sie für die weitere Reaktion freigelegt wird.
Der wichtigste Vorteil besteht aber in der Sicherheit und der leichteren herstellbarkeit der Endprodukte.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der Zeichnung ausführlicher beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer Vorrichtung, welche zur erfindungsgemäss en Herstellung von z. B. Aluminiumisopropoxyd geeignet ist,
Fig. 2 ist ein Zeit/Konzentrations-Diagramm, das einerseits den Reaktionsverlauf einer bekannten satzweisen Reaktion zur Herstellung von Aluminiumisopropoxyd teils aus Schrot, teils aus. Ingots, andererseits den Verlauf der erfindungsgemässen Reaktion zeigt, der durch die gerade Linie veranschaulicht wird.
Die Herstellung von Aluminiumisopropoxyd verläuft nach der Gleichung
EMI2.1
Aluminiumisopropoxyd ist ein wichtiges Produkt, das in der organischen Synthese als. Katalysator, als Vernetzungsmittel und noch für viele andere Zwecke verwendet wird.
Fig. 1 zeigt ein Reaktionsgefäss oder einen Kessel 10, in welchem eine Menge des flüchtigen Aus gangs stoffes, im vorliegenden Fall Isopropylalkolhol, angesetzt wird. Über dem Gefäss 10 ist die Säule 12 angeordnet, weiche das zu reagierende Metall 13 enthält, im vorliegenden Fall Aluminium, das eine Packung in der Säule 12 bildet und vom Inneren des Gefässes 10. getrennt ist. Am oberen Ende 14 der Säule 12 befindet sich der mit dem Auslass 18 kombinierte Rückflusskühler 16. Der Ausiass 18 dient dazu, im Laufe der Reaktion gebildete Gase, im vorliegenden Fall Wasserstoff, ins Freie zu leiten.
Das Gefäss 10 ist vom Heizmantel 20 umgeben, und der Inhalt des Gefässes 10 kann mit Hilfe durch eine Leitung in den Heizmiantel eingeleiteten Dampfes oder heissen Wassers regulierbar auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden. Zur Erwärmung des Gefässinhaltes kann auch der elektrische Heizkörper 21 dienen. Durch die Wandung des Gefässes 10 dringt die geneigte Syphonröhre 22, deren unteres Ende in die Flüssigkeit taucht. Diese Röhre kann mit einem (nicht gezeichneten) Abschlussventii versehen sein.
Im Boden 24 des Gefässes 10 befindet sich die Ausflussleitung 26, die in die Kammerhiil- sensäule 28 führt, wo die unreagierten flüchtigen Teile aus dem Produkt entfernt und durch die Rück führleitung 32 zum Gefäss 10 zurückgeführt werden.
Das reine Aluminiumisopropoxyd wird am Boden dieser Säule abgelassen und kann gewünschtenfalls durch Vakuumdestillation weiter gereinigt werden.
Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden, wenn man z. B. die Ausgangsstoffe im Gefäss 10 und in der Säule 12 durch die Leitung 34 bzw. durch die Rinne 36 nachfülk.
Die Instrumente 38 und 40 zeigen den Druck und die Temperatur im Gefäss 10 an, und das In strument 42 am oberen Ende der Säule 12 zeigt die Temperatur des durch die Säule 12 rückfliessenden Materials an.
Beispiel 1
Durch die Leitung 34 gibt man in das Gefäss 1124kg wasserfreien Isopropylalkohol und füllt die Säule 12 durch die Rinne 36 mit 245 kg Aluminium in Form von Ingots von 2, 72 kg. Die Menge des Aluminiums wird von Zeit zu Zeit erhöht, damit sie immer im Überschuss zu der Menge ist, die für die Reaktion mit dem Alkohol benötigt wird. Man kann dem Aluminium zwecks Ingangsetzen. der Reaktion 9 g HgCle und 2 g Jod zusetzen, obwohl dies nicht nötig ist. Das Aluminium liegt in Stücken sol scher Grösse vor, dass die Reaktionsgeschwindigkeit das gewünschte Mass erreicht, die aber nicht so klein sind, dass eine Verstopfung der Säule eintritt.
Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Oberfläche der Ingots und von dem Erhitzungsgrad des Gefässes ab. Man leitet Dampf in den Heizmantel 20 und der Isopropylalkohol fängt an, durch die Säule mit mässiger Geschwindigkeit zurückzufliessen. Das Mass des Rückflusses ist nicht ausschlaggebend, wichtig ist nur, dass die Säule nicht überschwemmt wird.
In dem Masse, wie die Dämpfe des Isopropylalkohols durdh die Säule 12 aufsteigen, reagiert ein Teil des Dampfes mit der Aluminiumpackung 13 in der Säule 12 und es bildet sich Aluminiumisopropoxyd.
Unreagierter Isopropanoidampf und im Laufe der Reaktion gebildeter Wasserstoff steigen weiter durch die Säule 12 und werden in den Kondensator
16 geleitet, wo sich der Isopropanol kondensiert und in die Reaktionssäuie 12 zurückkehrt. Der Wasserstoff entweicht durch die Leitung 18.
Nach 30 Stunden wird die Säule mit weiteren 72,5 kg Aiuminiumingots aufgefüllt.
Es sei bemerkt, dass innerhalb der Säule 12 ver schiedene Phasen vorhanden sind; die aufsteigende Dam, phase aus Isopropanol, eine flüssige Phase aus Isopropanol, der durch die Säule rückfliesst, und eine Lösung von Aluminiumisopropoxyd in Isopropanol. Dieses Phasengemisch bietet verschiedene Vorteile. Der herabfilessende Flüssigkeitsstrom wäscht die Aluminiumoberfläche frei von Aluminiumisopropoxyd, so dass sich immer eine frische Oberfläche für die weitere Reaktion bietet. Indem das Reaktionsprodukt fortlaufend vom Aluminium entfernt wird, erfolgt eine 1000/oige Reaktion.
An der in der Säule vor sich gehenden Reaktion nimmt nur ein Teil des im Gefäss 10 befindlichen Isopropanols teil, wodurch das ProWem der Temperaturregulierung bedeutend vereinfacht wird, da die erzeugte Wärme geringer ist und wirkungsvoller und rascher nbgeieitet werden kann, als wenn man die Temperatur der ganzen im Gefäss 10 befindlichen Masse regulieren würde, welche infolge ihrer Grösse jeder raschen Temperaturregulierung entgegenwirkt.
Das erfindungsgemässe Verfahren bringt als neues Merkmal, dass ein Teil des Isopropanols verdampft und zur Reaktion gebracht wird, welcher Teil in Dampfform in die die Reaktionszone bildende Säule aufsteigt.
Das Reaktionsprodukt wird durch den rückfhes- senden Isopropanol in das Gefäss zurückgeführt, welches den unreagierten flüssigen Isopropanol enthält.
Die Reaktionsbedingungen in der Säule können als adiabatisches Reaktionssystem betrachtet werden, welches die unerwünschten Folgen der satzweisen Reaktion vermeidet. Der Grund dafür liegt im Me chanismus des rückfliessenden unreagierten flüssigen Alkohols, der in die Säule zurückkehrt und dort teils mit dem Aluminium reagiert, teils wieder verdampft und teils mit dem darin gelösten Reaktionsprodukt in das Gefäss 10 zurückfliesst.
Das Phasen gemisch in der Säule schafft eine wärme angeglichene Reaktionsumgebung, die im Laufe des Verfahrens erhalten bleibt. Das Endergebnis ist, dass die entwickelte Reaktionswärme reguliert wird durch die Verwendung des einen Ausgangsstoffes als Wärmeüberträger und Kühlmittel, das die Wärme von der Reaktionsstelle ableitet und dadurch die Geschwindigkeit der Reaktion herabsetzt.
Der flüssige Isopropanol fliesst in einer solchen Menge herab, dass nicht der ganze Stoff beim Abwärtsfliessen mit dem Aluminium reagiert. Ein Teil des flüssigen Isopropanols verdampft weder und ein anderer Teil fliesst in flüssiger Form in das Gefäss 10 und bringt das Reaktionsprodlxkt aluminiumiso- propoxyd mit, das derart ständig aus der Säule 12 in dem Masse, wie es sich bildet, ausgewaschen wird.
Die Zusammensetzung des Inhalts vom Gefäss 10 ändert sich infolgedessen und dessen Konzentration an Aluminiumisopropoxyd steigt allmählich, bis der ganze Isopropanol verbraucht ist, was durch die Temperatur im Gefäss 10 (Instrument 40) oder durch Erniedrigung der Temperatur im oberen Teil der Säule (welche die Temperatur des die Säule verlastenden Dampfes ist) angezeigt wird. Die Umwanldlung der Gesamtmenge von 1124 kg Isopropanol in Aluminiumisopropoxyd dauert etwa 60 Stunden. Das Reaktionsprodukt enthält nur etwa 21,8 kg Rückstand und 7,25 kg unreagierten Alkohol.
In dem Masse, wie die Konzentration an Reaktionsprodukt im Gefäss 10 wächst, steigt die Temperatur, bis die Ablesung anzeigt, dass der Isopropanol völlig verbraucht ist und der Gefässinhalt praktisch aus 1000/o Aiuminiumisopropoxyd besteht. Ein anderes Zeichen der Beendigung der Reaktion ist, dass der Rückfluss aufhört und die Temperatur des oberen Teils sinkt.
Während des ganzen Reaktionsveriaufs ist keine Wartung nötig, um die Reaktion periodisch zu dämpfen oder die Flussgeschwindigkeit zu regulieren.
Infolgedessen ist die Reaktionsgeschwindigkeit gleichmässig und folgt dem Weg der geraden Linie in Fig. 2. In dieser Figur stellt die Abszisse die Konzentration des Endprodukts in Prozenten und die Ordinate die Reaktionsdauer in Stunden dar. Die Kolonne an der linken Seite gibt vergleichsweise die Reaktionsdauer des alten, satzweisen Verfahrens an, die im Verlaufe dieses Verfahrens erhaltenen Konzentrationen werden in beiden gebogenen Linien angezeigt, und zwar in derlausgezogenen Linie bei Verwendung von Aluminiuiningots, in der gestrichelten Linie bei Verwendung von Aluminiumschrot.
Da am Ende des erfindungsgemässen Verfahrens im Gefäss 10 praktisch 1000/oiges Aluminiumiso- propoxyd vorhanden ist, entsteht kein Problem der Trennung von den Ausgangsstoffen - das Aluminium ist und bleibt vom Inhalt des Ge±ässes 10 getrennt. Eventuell im Metallalkoxyd noch gelöster Iso propanol kann durch Destillation entfernt werden, aber die Endtemperatur im Gefäss 10 ist bei Be endigmg der Reaktion hoch genug, um eine. praktisch vollständige Entfernung des Isopropanols zu ge währleisten.
Demgegenüber enthält das Produkt des alten satzweisen Verfahrens meistens nur etwa 70-80 0/o reines Produkt und muss durch Abfiltrieren von unreagiertem Aluminium und Abdampfen von unreagiertem Isopropan ol gereinigt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann konti nuierlieh durchgeführt werden, wenn man das Aluminiumisopropoxyd aus dem Gefäss 10 durch die Leitung 26 fortlaufend entfernt und das Produkt in der Destilliersäule 28 vom Isopropylalkohol befreit, der durch die Leitung 32 in das Gefäss 10 zurückgeführt wird. Das reine Produkt von der Säule wird durch die Leitung 30 fortlaufend abgelassen.
Der Vorrat an Isopropanol im Gefäss 10 kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durch die Leitung 34 und der Vorrat an Aluminium in der Säule 12 durch die Rinne 36 ergänzt werden.
Das gebildete und im Gefäss befindliche Alu- miniumisopropoxyd kann mit Salicylsliure weiter umgesetzt werden, die dem Isopropylalkohol zugesetzt wurde; bei dieser Umsetzung bildet sich in situ Alu- miniumsalicyiat. Dieses Beispiel einer Reaktion in situ erinnert daran, diass andere Reaktionen durch geführt werden können, bei welchen erst ein Zwischenprodukt erfindungsgemäss hergestellt und weiter zum gewünschten Produkt umgesetzt werden kann.
Beispiel 2
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden hergestellt : Aluminiumäthylat, Magnesiummethylat, Natriummethylat und Lithiummethylat. Die betreffenden Gleichungen sind:
EMI4.1
Auch andere Metalle und Alkohole können Verwendung finden.
In den vorliegenden Fällen wird das Metall getrennt vom Gefäss 10 in die Säule 12 gesetzt, das Gefäss 10 wird mit flüssigem Alkohol beschickt und das Rückfliessen des Alkohols durdh die Säule bewirkt die Umwandlung des Inhalts in das entspre- chende Metalllalkoxyd. Das Reaktionsprodukt wird durch unreagierten flüssigen Alkohol aus Säule 12 in das Gefäss 10 gewaschen.
Die Resultate sind die folgenden :
Alkohol Menge g Metall in der Säule Reaktionsdauer Std. Metallrückstand Lithiummethylat 200 g Methanol 3 ¸ g Li 1 1/3 0,4 g Aluminiumäthylat 250 g Äthanol 56 g Al 10 3/4 Magnesiummethylat 178 g Methanol 24 g Mg 10 0,9 g (mit Spuren Mg(OH)2) *Natriummethylat 160 g Methanol 8 g Na 9 2 g * Die Reaktionswärme verursacht leicht ein Abtropfen des Metalles aus der Säule.
Process for the production of metal alkoxides
The invention relates to a process for the preparation of metal alkoxides.
The process can be used to produce a large number of metal alkoxides.
The preparation of the metal alkoxides requires the solution of many ethnic problems. For example, to produce aluminum isopropoxide, aluminum metal and isopropyl alcohol are heated together in a reaction vessel at a precisely controlled temperature until the reaction begins, whereupon the heat of reaction (the reaction is exothermic) causes an unmanageable temperature increase in the reaction mixture, which accelerates the reaction becomes.
In order to regulate the reaction conditions for safety reasons, carefully designed heat exchangers have to be used both for heating the reaction mixture and for dissipating the heat of reaction. These regulators are expensive and require constant maintenance. Although they work well, they add manufacturing costs and require a printing device. In the event of incorrect functioning, the reaction is very dangerous.
It is a purpose of the present invention to eliminate the dangers of such typesetting.
This is achieved by removing parts of the organic starting material by evaporation, leading the vapor to the spatially distant metal, where it reacts with the metal and removes the reaction product from the metal, thereby exposing the metal surface for further reaction.
The process according to the invention for the production of metal alkoxides is characterized in that the vapor of an alcohol, its boiling point, is displaced by a packing consisting of a metal from groups IA, IIA and IIIA of the periodic table. is below the melting point of the metal used, allows the unreacted part of the vapor escaping through the packing to condense, allowing the condensate to flow countercurrently through the packing into the vessel from which the steam was developed.
The method according to the invention enables the exact stoichiometric use of the starting materials, whereby losses can be avoided and the cleaning of the product can be dispensed with. The following advantages are achieved: increased security; 1000/0 execution of the reaction (calculated on the basis of the volatile starting material, which always takes part in the reaction in a stoichiometrically insufficient amount), since the volatile starting material is completely used up; cleaning of the end product is simplified; it takes z.
B. no metallic contamination to be removed, since the metal is always spatially removed from the end product; since an excess of metal is used, all of the volatile starting material is used up and does not need to be removed for the purpose of cleaning the end product; the time required to produce a certain amount of the end product remains constant throughout the course of the reaction.
The reaction is continuous, and since only a small part of the volatile material takes part in the reaction at the same time, the reaction conditions are easily controllable and the hazards associated with these reactions are completely avoided; the apparatus to be used can be manufactured economically and it does not require constant maintenance such as that required for the set process where the reaction conditions do not adjust themselves; in the process according to the invention no pressure needs to be used to regulate the reaction, and conditions can be created under which the pressure never reaches a dangerous level;
In contrast to the known methods, the D. ampf developed in the device has no functional significance; the process according to the invention can be carried out continuously; no catalyst is required to start the reaction. Another advantage is that the surface of the reactive metal is always washed off by the end product, so that it is exposed for further reaction.
The most important advantage, however, is the safety and ease of manufacture of the end products.
The method according to the invention is described in more detail with reference to the drawing.
Fig. 1 is a schematic drawing of an apparatus used for the inventive production of z. B. aluminum isopropoxide is suitable,
2 is a time / concentration diagram showing, on the one hand, the course of the reaction of a known batch reaction for the production of aluminum isopropoxide partly from shot, partly from. Ingots, on the other hand, shows the course of the reaction according to the invention, which is illustrated by the straight line.
The production of aluminum isopropoxide proceeds according to the equation
EMI2.1
Aluminum isopropoxide is an important product used in organic synthesis as. Catalyst, is used as a crosslinking agent and for many other purposes.
Fig. 1 shows a reaction vessel or a kettle 10, in which a quantity of the volatile starting material, in the present case isopropyl alcohol, is used. The column 12, which contains the metal 13 to be reacted, in the present case aluminum, which forms a packing in the column 12 and is separated from the interior of the container 10, is arranged above the vessel 10. The reflux condenser 16 combined with the outlet 18 is located at the upper end 14 of the column 12. The outlet 18 is used to conduct gases formed in the course of the reaction, in the present case hydrogen, into the open.
The vessel 10 is surrounded by the heating jacket 20, and the contents of the vessel 10 can be heated to the desired temperature in a controllable manner with the aid of steam or hot water introduced through a line into the heating jacket. The electrical heating element 21 can also be used to heat the contents of the vessel. The inclined siphon tube 22, the lower end of which is immersed in the liquid, penetrates the wall of the vessel 10. This tube can be provided with a shut-off valve (not shown).
In the bottom 24 of the vessel 10 there is the outflow line 26, which leads into the chamber cover column 28, where the unreacted volatile parts are removed from the product and returned to the vessel 10 through the return line 32.
The pure aluminum isopropoxide is drained off at the bottom of this column and can, if desired, be further purified by vacuum distillation.
The process can be carried out continuously if, for. B. refill the starting materials in the vessel 10 and in the column 12 through the line 34 or through the channel 36.
The instruments 38 and 40 indicate the pressure and the temperature in the vessel 10, and the instrument 42 at the top of the column 12 shows the temperature of the material flowing back through the column 12.
example 1
1124 kg of anhydrous isopropyl alcohol are introduced into the vessel through line 34, and column 12 is filled through channel 36 with 245 kg of aluminum in the form of ingots weighing 2.72 kg. The amount of aluminum is increased from time to time so that it is always in excess of the amount needed to react with the alcohol. You can start the aluminum. Add 9 g of HgCle and 2 g of iodine to the reaction, although this is not necessary. The aluminum is present in pieces of such a size that the reaction rate reaches the desired level, but which are not so small that the column becomes clogged.
The speed of the reaction depends on the surface of the ingot and the degree of heating of the vessel. Steam is passed into the heating mantle 20 and the isopropyl alcohol begins to flow back through the column at a moderate rate. The amount of reflux is not critical, it is only important that the column is not flooded.
As the vapors of isopropyl alcohol rise through column 12, some of the vapor reacts with aluminum packing 13 in column 12 and aluminum isopropoxide is formed.
Unreacted isopropanoid vapor and hydrogen formed in the course of the reaction continue to rise through column 12 and enter the condenser
16 passed, where the isopropanol condenses and returns to the reaction column 12. The hydrogen escapes through line 18.
After 30 hours, the column is filled up with a further 72.5 kg of aluminum ingots.
It should be noted that there are different phases within the column 12; the ascending dam phase made of isopropanol, a liquid phase made of isopropanol, which flows back through the column, and a solution of aluminum isopropoxide in isopropanol. This phase mixture offers various advantages. The flowing stream of liquid washes the aluminum surface free of aluminum isopropoxide, so that a fresh surface is always available for further reaction. By continuously removing the reaction product from the aluminum, a 1000% reaction occurs.
Only part of the isopropanol in the vessel 10 takes part in the reaction taking place in the column, which significantly simplifies the process of regulating the temperature, since the heat generated is lower and can be controlled more efficiently and quickly than if the temperature of the would regulate the entire mass located in the vessel 10, which, due to its size, counteracts any rapid temperature regulation.
The process according to the invention has a new feature that part of the isopropanol is evaporated and caused to react, which part rises in vapor form into the column forming the reaction zone.
The reaction product is returned to the vessel containing the unreacted liquid isopropanol through the restoring isopropanol.
The reaction conditions in the column can be viewed as an adiabatic reaction system which avoids the undesirable consequences of the batch reaction. The reason for this lies in the mechanism of the refluxing unreacted liquid alcohol, which returns to the column and there partly reacts with the aluminum, partly evaporates again and partly flows back into the vessel 10 with the reaction product dissolved therein.
The phase mixture in the column creates a heat-balanced reaction environment that is maintained in the course of the process. The end result is that the heat of reaction evolved is regulated through the use of the one raw material as a heat transfer medium and coolant, which removes heat from the reaction site and thereby slows down the rate of the reaction.
The liquid isopropanol flows down in such an amount that not all of the substance reacts with the aluminum when it flows downwards. Part of the liquid isopropanol does not evaporate and another part flows in liquid form into the vessel 10 and brings the reaction product aluminum isopropoxide with it, which is constantly washed out of the column 12 to the extent that it is formed.
The composition of the contents of the vessel 10 changes as a result and its concentration of aluminum isopropoxide increases gradually until all the isopropanol is consumed, which is due to the temperature in the vessel 10 (instrument 40) or by lowering the temperature in the upper part of the column (which the temperature of the steam loading the column) is displayed. The conversion of the total amount of 1124 kg of isopropanol into aluminum isopropoxide takes about 60 hours. The reaction product contains only about 21.8 kg of residue and 7.25 kg of unreacted alcohol.
As the concentration of reaction product in the vessel 10 increases, the temperature rises until the reading shows that the isopropanol has been completely used up and the contents of the vessel consist practically of 1000% aluminum isopropoxide. Another sign of the end of the reaction is that the reflux stops and the temperature of the upper part drops.
During the entire course of the reaction, no maintenance is necessary to periodically dampen the reaction or to regulate the flow rate.
As a result, the reaction rate is uniform and follows the path of the straight line in FIG. 2. In this figure, the abscissa represents the concentration of the end product in percent and the ordinate represents the reaction time in hours. The column on the left gives the reaction time of the old one , batch-by-batch method, the concentrations obtained in the course of this method are shown in both curved lines, the solid line when using aluminum pots, and the dashed line when using aluminum shot.
Since at the end of the process according to the invention there is practically 1000% aluminum isopropoxide in the vessel 10, there is no problem of separation from the starting materials - the aluminum is and remains separate from the contents of the vessel 10. Any isopropanol still dissolved in the metal alkoxide can be removed by distillation, but the final temperature in the vessel 10 is high enough at the end of the reaction to be. to ensure practically complete removal of the isopropanol.
In contrast, the product of the old batch process usually contains only about 70-80% pure product and has to be purified by filtering off unreacted aluminum and evaporating off unreacted isopropanol.
The method according to the invention can be carried out continuously if the aluminum isopropoxide is continuously removed from the vessel 10 through the line 26 and the product is freed from the isopropyl alcohol in the distillation column 28, which is returned to the vessel 10 through the line 32. The pure product from the column is continuously drained through line 30.
The supply of isopropanol in the vessel 10 can be supplemented continuously or discontinuously through the line 34 and the supply of aluminum in the column 12 through the channel 36.
The aluminum isopropoxide formed and located in the vessel can be reacted further with salicylic acid which was added to the isopropyl alcohol; During this reaction, aluminum salicyate is formed in situ. This example of a reaction in situ reminds us that other reactions can be carried out in which an intermediate product according to the invention can first be prepared and further converted to the desired product.
Example 2
The process according to the invention produces: aluminum ethylate, magnesium methylate, sodium methylate and lithium methylate. The equations in question are:
EMI4.1
Other metals and alcohols can also be used.
In the present cases, the metal is placed in the column 12 separately from the vessel 10, the vessel 10 is charged with liquid alcohol and the reflux of the alcohol through the column causes the contents to be converted into the corresponding metal alkoxide. The reaction product is washed from column 12 into vessel 10 by unreacted liquid alcohol.
The results are as follows:
Alcohol Amount g metal in the column Reaction time hours Metal residue Lithium methylate 200 g methanol 3 ¸ g Li 1 1/3 0.4 g aluminum ethylate 250 g ethanol 56 g Al 10 3/4 magnesium methylate 178 g methanol 24 g Mg 10 0.9 g (with traces of Mg (OH) 2) * Sodium methylate 160 g methanol 8 g Na 9 2 g * The heat of reaction easily causes the metal to drip off the column.