DD152540A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF 2-HYDROXYALKYL ACRYLATES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxyalkylacrylaten aus ungesaettigten Carbonsaeuren und Alkylenoxiden, vorzugsweise aus Acrylsaeure oder Methacrylsaeure und Ethylenoxid bzw. Propylenoxid, in Gegenwart der ueblichen Katalysatoren und Polymerisationsinhibitoren. Kennzeichen des Verfahrens sind die Verwendung eines Reaktors mit aeusserem Kuehlkreislauf, ueber den die Hauptmenge der Reaktionswaerme abgefuehrt wird, sowie die schonende Aufarbeitung des Reaktionsgemisches durch eine Duennschichtdestillation. Dieses Verfahren ermoeglicht es, die Zielprodukte mit einer hohen Raum-Zeit-Ausbeute herzustellen.The invention relates to a process for the preparation of 2-hydroxyalkyl acrylates from unsaturated carboxylic acids and alkylene oxides, preferably from acrylic acid or methacrylic acid and ethylene oxide or propylene oxide, in the presence of the customary catalysts and polymerization inhibitors. Characteristics of the process are the use of a reactor with external cooling circuit, via which the bulk of the heat of reaction is removed, as well as the careful workup of the reaction mixture by a Duennschichtdestillation. This method makes it possible to produce the target products with a high space-time yield.
Description
Verfahren zur Herstellung von 2~HydroxyalkylaorylatenProcess for the preparation of 2-hydroxyalkyl acrylates
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2~Hydroxyalkylacrylaten'aus ungesättigten Carbon" säuren, vorzugsweise Acrylsäure und Methacrylsäure,, und Alkylenoxiden, vorzugsweise Ethylenoxid und Pro« pyIeηoxid.The invention relates to a process for preparing 2-hydroxyalkyl acrylates from unsaturated carboxylic acids, preferably acrylic acid and methacrylic acid, and alkylene oxides, preferably ethylene oxide and propylene oxide.
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Charakteristik der "bekannten teohnisohen Lösungen Characteristic of the "known teohnisohen solu tions
Bekannt ist die Herstellung von 2-Hydroxyalkylacrylaten aus Alleylenoxiden, beispielsweise Ethylenoxid oder Propylenoxid,- und ungesättigten Garbonsäurens wie Acrylsäure oder Methacrylsäure * in -Gegenwart eines Katalysators (DE-AS 1 14426). Ferner ist bekannt, daß üblicherweise die Reaktion in einem Rührautoklaven durchgeführt wird. Dabei wird die ungesättigte Garbon-3äure mit dem Katalysator, beispielsweise Eisen(III)™ chlorid, und einem Polymerisationsinhibitor, z» B, Hydrochinon, im Reaktor vorgelegt? auf eine bestimmte temperatur erhitzt und anschließend mit dem Alkylen- oxid versetzt. Wegen der starken Exothermic der Reaktion wird das Alkylenoxid über einen bestimmten Zeitraum verteilt in flüssiger oder gasförmiger Form und unter ständiger Wärmeabführung zudosiert. Zur Brreichung eines hohen Umsatzes der Säurekomponente wird ein Überschuß an Alkylenoxid verwendet, der am 33nde der Reaktion durch Abdampfen aus dem Reaktionsgemische wiedergewonnen werden kann·Discloses the preparation of 2-hydroxyalkyl Alleylenoxiden from, for example, ethylene oxide or propylene oxide, - and unsaturated Garbonsäuren s such as acrylic acid or methacrylic acid * in -Gegenwart a catalyst (DE-AS 1 14426). It is also known that usually the reaction is carried out in a stirred autoclave. The unsaturated carboxylic acid with the catalyst, for example iron (III) chloride, and a polymerization inhibitor, for example , hydroquinone, are initially charged in the reactor . heated to a certain temperature and then mixed with the alkylene oxide. Because of the strong exothermic nature of the reaction, the alkylene oxide is added over a certain period of time in liquid or gaseous form and metered in with constant heat removal. To obtain a high conversion of the acid component, an excess of alkylene oxide is used, which can be recovered at the end of the reaction by evaporation from the reaction mixture.
Diese Verfahrensweise hat jedoch einige Nachteile. So neigt das Reaktionsgemisch im starken Maße zur Bildung von Oligomeren bzw« Polymeren.However, this procedure has some disadvantages. Thus, the reaction mixture tends greatly to the formation of oligomers or «polymers.
Durch die in einer Polgereaktion ablaufende Bildung von Alkylendiacrylaten werden sehr reaktive und störende Nebenprodukte erhalten. Diese Diester sind sehr polymerisationsanfällig und bringen neben den Ausbeuteverlusten erhebliche Probleme bei der Aufarbeitung sowie der Weiterverarbeitung, der 2-Hydroxyalkylacrylate mit · sich» As a result of the formation of alkylene diacrylates occurring in a polar reaction, very reactive and interfering by-products are obtained. These diesters are very susceptible to polymerization and, in addition to the losses in yield, bring about considerable problems in the workup and further processing of the 2-hydroxyalkyl acrylates with
Sowohl die Bildung dieser Diacrylate als der Oligomeren und Polymeren wird während der 2-Hydroxyalkylacrylather st ellung durch längere Verweilzeiten und höhereBoth the formation of these diacrylates as the oligomers and polymers during the 2-Hydroxyalkylacrylather position by longer residence times and higher
!Pemperaturen "begünstigt. .Zur Vermeidung "beziehungsweise Reduzierung der unerwünschten Nebenprodukte, die trotz Zusatz von Polymerisationsinhibitoren entstehen, müssen die' Reaktipnstemperaturen bei den üblichen Verweilzeiten von mehreren Stunden niedriger als 90 0G sein. Die dabei erreichten Haum-Zeit-Ausbeuten an 2~Hydroxyalkylaorylaten sind nicht sehr groß."Favored. .To avoid"! Pemperaturen or reduction of unwanted by-products that occur despite the addition of polymerization inhibitors' Reaktipnstemperaturen at the usual residence must be of several hours lower than 90 0 G. The Haum time yields of 2-hydroxyalkyl acrylates achieved are not very large.
Die destillative Aufarbeitung muß möglichst schonend , erfolgen? damit in dieser Phase keine zusätzlichen Folgeprodukte gebildet werden. Die Siedetemperaturen der Reaktionsprodukte, ze B4 des 2-Iiydroxyethylacry-» lats und des Bthylenglykoldiacrylats5 haben zum Seil nur geringe Differenzen, so daß die Abtrennung kompliziert ist und mit Folgeprodukten im Endprodukt zu rechnen ist, die dessen linsetzbarkeit einschränken. Zur Verbesserung der Ea um-Zeit--Ausbeut en mit gleichzeitiger Verminderung der Folgeproduktbildung durch Reduzierung der Verweilzeit ist bekannt, die Reaktion zwischen der ungesättigten Garbonsäure und dem Alley lenoxid unter Druck .durchzuführen« In der DE-ASThe distillative workup must be as gentle as possible? so that no additional secondary products are formed in this phase. The boiling temperatures of the reaction products, z e B 4 of the 2-hydroxyethyl acrylate and the Bthylenglykoldiacrylats 5 have only minor differences to the rope, so that the separation is complicated and can be expected with secondary products in the final product, which limit its linsetzbarkeit. To improve the Ea um-time - Yielding en with simultaneous reduction of the production of secondary products by reducing the residence time is known, the reaction between the unsaturated carboxylic acid and the Alley lenoxid under pressure .durchführen «In DE-AS
1 568 537 wird der IDinsatz eines unter Druck betriebenen Strömungsrohres als Reaktor beschrieben, der jedoch einen wesentlich höheren technischen Aufwand erfordert.1 568 537 the IDinsatz a pressure operated flow tube is described as a reactor, however, requires a much higher technical effort.
Ferner ist bekannt,, daß durch den Zusatz bestimmter Verbindungen, ze B* -Zinn(II)chlorid bzw«, -bromid, am Ende der Reaktion das Katalysatorsystem (Eisen (III)-Salze) inaktiviert wird und die Bildung von Folgeprodukten dadurch reduziert werden kann (DE-AS .It is also known ,, that by the addition of certain compounds, for e * B-tin (II) chloride or "bromide, at the end of the reaction, the catalyst system (iron (III) salts) is inactivated and the formation of secondary products characterized can be reduced (DE-AS.
2 027 44-4).2 027 44-4).
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Die stark exotherme Reaktion zwischen dem Alkylenoxid und-der ungesättigten Carbonsäure setzt der Reaktorgröße und dem Durchsatz Grenzen, so daß im technischen Maßstab mit Temperaturspitzen gerechnet werden muß, in denen die Folgeproduktbildung verstärkt auftritt. · ·The highly exothermic reaction between the alkylene oxide and the unsaturated carboxylic acid sets the reactor size and the throughput limits, so that must be expected on an industrial scale with temperature peaks in which the formation of secondary products occurs increasingly. · ·
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Verfahren zur Herstellung von' 2-Hydroxyalkylacrylaten so zu verbessern, daß durch eine geeignete Prozeßführung die !folge- bzw, Nebenproduktbildung während des gesamten Verfahrensablaufes vermindert wird und hohe Raum-Zeit-Ausbeuten erreicht werden.The object of the invention is to improve the process for the preparation of '2-hydroxyalkyl acrylates so that by a suitable process control the! Or by-product formation is reduced during the entire process and high space-time yields are achieved.
Darlegung des Wesens der nErfindungPrinciple of the invention n
- Aufgabe der Erfindung- Problem of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxyalkylacrylaten durch Umsetzung von ungesättigten Carbonsäuren, vorzugsweise Acrylsäure oder Methacrylsäure, mit Alky-' lenoxiden, vorzugsweise Ethylenoxid oder Propylenoxid, in Gegenwart üblicher Katalysatoren und Polymerisationsinhibitoren in einem Rührreaktor so zu entwickeln, daß durch eine geeignete Wärmeabfuhr die Umsetzung bei mittleren Temperaturen und kurzen Verweilzeiten durchgeführt wird und die anschließende Aufarbeitung möglichst schonend erfolgt, damit obengenannte Ziele erreicht werden.The object of the invention is to develop a process for preparing 2-hydroxyalkyl acrylates by reacting unsaturated carboxylic acids, preferably acrylic acid or methacrylic acid, with alkylene oxides, preferably ethylene oxide or propylene oxide, in the presence of customary catalysts and polymerization inhibitors in a stirred reactor. that the reaction is carried out at medium temperatures and short residence times by a suitable heat dissipation and the subsequent work-up is done as gently as possible, so that the above-mentioned objectives can be achieved.
- Merkmale der ErfindungFeatures of the invention
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umsetzung in dem Rührreaktor mit einem äußeren Kühlkreislauf durchgeführt und das Alkylenoxid flüssigThe object is achieved in that the reaction is carried out in the stirred reactor with an external cooling circuit and the alkylene oxide liquid
in den Kühlkreislauf vor dem Kühler dosiert wird, die Hauptmenge der Reaktionswärme über den Kühl™ ' kreislauf abgeführt wird und die entstehenden 2-Eydroxyalkylacrylate durch eine Dünnschichtverdampfung bei·einer temperatur von 60 bis 150 0G und einem Druck von 1 bis 50 u?orr kontinuierlich abgetrennt, werden, wobei die Dünnschichtverdampfuns so durchgeführt wird» -daß der Dampfraum durch Einspritzen eines Polymerisationsinhibitors stabilisiert wird. -is metered into the cooling circuit in front of the radiator, the majority of the heat of reaction is discharged through the cooling circuit and the resulting 2-Eydroxyalkylacrylate by a thin film evaporation at a temperature of 60 to 150 0 G and a pressure of 1 to 50 u orr are continuously separated, wherein the Dünnschichtverdampfunun is carried out so-that the vapor space is stabilized by injecting a polymerization inhibitor. -
Die erfindungsgemäße Herstellung der 2-Eydroxyalky!acrylate erfolgt sos daß die ungesättigte Carbonsäure, der Katalysator und Polymerisationsinhibitor in dem Rühr reaktor vorgelegt, und auf eine Temperatur von 70 bis 110 0C aufgeheizt werden« Der Rührreaktor besitzt einen Kühlkreislauf mit einer Pumpe und einen oder mehrere Wärmeübertrager. Die Dosierung des Alkylenoxids erfolgt an einer oder mehreren Stellen direkt vor dem Wärmeübertrager in den Kreislauf oder in..die flüssige Phase des Rührreaktorsc Der Reaktor arbeitet drucklos bzw. bei geringem Überdruck und besitzt einen geeigneten Rückflußkühler zur Kondensation abdampfenden Alkylenoxide. Die Dosiergeschwindigkeit des Alkylenoxide wird durch die Wärmeabführung bestimmt und ist so groß, daß eine Reaktionszeit in der Größenordnung von einer Stunde erreicht werden kann.The inventive preparation of the 2-Eydroxyalky acrylates! Occurs that the unsaturated carboxylic acid, catalyst and polymerization reactor initially charged in the stirring, and heated to a temperature of 70 to 110 0 C 'The stirred reactor has a cooling circuit with a pump and a so s or more heat exchangers. The metering of the alkylene oxide takes place at one or more points directly in front of the heat exchanger in the circulation or in..die liquid phase of Rührreaktorsc The reactor operates without pressure or at low pressure and has a suitable reflux condenser for condensing evaporating alkylene oxides. The metering rate of the alkylene oxides is determined by the heat removal and is so large that a reaction time of the order of one hour can be achieved.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht somit eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute. Durch die kurze Verweilzeit und die Möglichkeit zur genauen Einhaltung der bestimmten Reaktionstemperatur wird gleichzeitig dis Bildung von 3? olge- und Nebenprodukten reduziert«The proposed solution thus enables a high space-time yield. Due to the short residence time and the possibility of exact compliance with the particular reaction temperature, the formation of 3? oil and by-products reduced «
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Zur Gewinnung der reinen 2-Hydroxyalkylacrylate wird das Rohprodukt unmittelbar nach Beendigung der Reaktion und dem Abdampfen des Alkylenoxidüberschusses kontinuierlich einer Dünnschichtdestillation, vorzugsweise in einem Rotationsdünnschichtverdampfer, unterworfen. Die Abtrennung erfolgt möglichst schonend bei einem absoluten Druck von 1 bis 50 Torr und !Temperaturen von 60 bis150 0G, vorzugsweise 75 bis 100 0G9 To obtain the pure 2-hydroxyalkyl acrylates, the crude product is subjected immediately after completion of the reaction and the evaporation of the excess alkylene oxide continuously a thin film distillation, preferably in a rotary thin-film evaporator. The separation is carried out as gently as possible at an absolute pressure of 1 to 50 Torr and temperatures of 60 to 150 0 G, preferably 75 to 100 0 G 9
Zur Vermeidung von unerwünschten Polymerisationserscheinungen in der Dampfphase -wird in geeigneter Weise ein Polymerisationsinhibitor in den Dampfraum gesprüht.In order to avoid undesirable phenomena of vaporization in the vapor phase, a polymerization inhibitor is suitably sprayed into the vapor space.
Es hat sich gezeigt, daß durch diese Reaktionsführung und die einfache Dünnschichtverdampfung eine Ausbeute an 2-Hydroxyalkylacrylaten - bezogen auf. die ungesättigte Säure - von mehr als 95 % erreicht -wird. Die nach dieser Verfahrensweise erhaltenen Bndprodukte können ohne weitere Reinigung direkt als Monomere in Polymerisationsprozessen eingesetzt werden.It has been shown that by this reaction and the simple thin-film evaporation, a yield of 2-hydroxyalkyl acrylates - based on. the unsaturated acid - reached by more than 95 % - will. The Bndprodukte obtained by this procedure can be used directly as monomers in polymerization processes without further purification.
3 In einem 2 m -Rührreaktor werden 685 kg Acrylsäure mit 0,97 kg Eisen(III)Chlorid 'und 0,194 kg Kupferpulver sowie 0,176 kg Hydrochinon vorgelegt. 2u dieser Mischung werden bei einer Reaktionstemperatur von 90 0G (±1,5 Grad) in 3 h 460 kg Ethylenoxid zudosiert.· Dabei wird ein Umsatz der Acrylsäure von 99 % erreicht.3 A 2 m stirred reactor is charged with 685 kg of acrylic acid containing 0.97 kg of iron (III) chloride and 0.194 kg of copper powder and 0.176 kg of hydroquinone. 2u this mixture are added 460 kg of ethylene oxide at a reaction temperature of 90 0 G (± 1.5 degrees) in 3 h. · A conversion of acrylic acid is achieved of 99%.
Die Reaktionswärme wird nur über den Kühlmantel des Reaktors abgeführt und bestimmt dadurch im wesentlichen die Zulaufzeit des Bthylenoxids und damit die Reaktionszeit. Der Ethylenoxidübei-schuß wird am EndeThe heat of reaction is dissipated only via the cooling jacket of the reactor and thus essentially determines the residence time of the Bthylenoxids and thus the reaction time. The Ethylenoxidübei shot is at the end
*. 7 —*. 7 -
£4 4 ti £ 4 4 ti
der Reaktion durch .Entgasung des Bohgem.isoh.es zurückgewönneηο .the reaction by .Degassing of Bohgem.isoh.es zurückgewönneηο.
Das Rohprodukt wird anschließend einer einfachen Blasendestillation unterworfen., Bei einem Druck. von 15 Torr und einer Semper at-ur von 100 0G wird das 2-Hydroxyethylacrylat.abdestilliert. Es werden, 817 j 4- kg Kopf produkt gewonnen* Das entspricht einer Ausbeute von 85 %% bezogen auf die eingesetzte Acrylsäure. Die Raum-»Zeit~Ausbeute beträgt 136,2 kg/m h<> Die Reinheit des Kopfproduktes betrug 96,5 %· The crude product is then subjected to a simple bubble distillation, at one pressure. of 15 Torr and a Semper at-ur of 100 0 G, the 2-Hydroxyethylacrylat.abdestilliert. It is, 817 j 4 kg head product won * This corresponds to a yield of 85 %% based on the acrylic acid used. The space-time yield is 136.2 kg / m h. The purity of the top product was 96.5 %.
In einem 2 m -Rührreaktor werden 685 kg Acrylsäure mit 0,97 kg Eisen(HI)chlorid, 0,194 kg Kupfer pulver und 0,176 kg Hydrochinon vorgelegt..Each dem Aufheizen werden bei einer Reaktionstemperatur von 90 0O (i 1,5 Grad) in 60 Minuten 460 kg Ethylenoxid zudosiert» Die'Reaktionswärme wird über einen Kreislauf mit einem Rohrbündelwärmeübertrager bei einer Kreislaufmenge von 50 Bi/h abgeführt. In dieser Zeit wird die Acrylsäure zu 99S5 % umgesetzt. Der Ethylenoxidüberschuß wird durch das Entgasen am Ende der Reaktion wiedergewonnen. Direkt anschließend wird das Rohgemisch einen Rotationsdünnschichtverdainpfer. zugeführt und bei 75 0G und einem Druck von 2 Sorr der destillativen trennung unterworfen. Die Dampfphase wird durch Sihsprühen einer Ivienge von O505 kg Hydrochinon, das in 2-Hydro xy et hy la cry la t gelöst wurde,- stabilisiert»In a 2 m -Rührreaktor be 685 kg Acrylic acid 0.97 kg of iron (III) chloride, 0.194 kg of copper powder and 0.176 kg hydroquinone vorgelegt..Each the heating will be at a reaction temperature of 90 0 O (i 1.5 degrees) 460 kg of ethylene oxide are added in 60 minutes »The heat of reaction is removed via a circuit with a shell-and-tube heat exchanger at a circulation rate of 50 Bi / h. During this time, the acrylic acid is converted to 99 S 5 % . The excess of ethylene oxide is recovered by the degassing at the end of the reaction. Immediately thereafter, the crude mixture becomes a rotary thinner. fed and subjected to distillative separation at 75 0 G and a pressure of 2 Sorr. The vapor phase is stabilized by spraying an amount of O 5 05 kg of hydroquinone dissolved in 2-hydroxy and hyaluronic acid.
Es wurden 961,7 kg 2.-Hydroxyethylacrylat gewonnen. Das entspricht einer Ausbeute von-97»5 % bezogen auf die Acrylsäure bei einer Reinheit von 9B %» Die Raum-Zeit-Ausbeute beträgt 480,9 kg/m . h.There were recovered 961.7 kg of 2-hydroxyethyl acrylate. This corresponds to a yield of -97 »5 % based on the acrylic acid at a purity of 9B%» The space-time yield is 480.9 kg / m. H.
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Beispiel 2 ' · Example 2 '·
In einem 2 m·--Rührreaktor werden 700 kg Methacrylsäure mit Oj98 kg Eisen(III)chlorid'und 0,2 kg Kupfer pulver sowie- 0,18 kg Hydrochinon vorgelegt. Dazu werden bei einer Reaktionstemperatur von 90 0C in 60 Minuten 393 kg Ethylenoxid dosiert. Die Reaktion und Gewinnung des 2-Hydroxyethylmethacrylats erfolgt wie im Beispiel 1.In a 2 m · - stirred reactor 700 kg of methacrylic acid with Oj98 kg of iron (III) chloride 'and 0.2 kg of copper powder and 0.18 kg of hydroquinone are presented. For this purpose, 393 kg of ethylene oxide are metered at a reaction temperature of 90 0 C in 60 minutes. The reaction and recovery of the 2-hydroxyethyl methacrylate are carried out as in Example 1.
Dabei wurden 1036,6 kg 2-Bydroxyethylmethacrylat gewonnen. Das entspricht einer Ausbeute von 98 % bezogen auf Methacrylsäure bzw« einer Raum-Zeit-JUisbeute von 518,3 kg/nr . fcu Die Reinheit betrug 98,3 %.In this case, 1036.6 kg of 2-Bydroxyethylmethacrylat were recovered. This corresponds to a yield of 98 % based on methacrylic acid or a space-time JUisbeute of 518.3 kg / nr. The purity was 98.3%.
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- 1980-08-14 DD DD22331680A patent/DD152540A1/en unknown
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