DD295628A5 - METHOD FOR THE DISCONTINUOUS PREPARATION OF METHYLENDIANILIN / POLYAMINE MIXTURES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur diskontinuierlichen Herstellung von Methylendianilin/Polyamingemischen, das bei der Herstellung aromatischer Isocyanate angewendet wird. Dadurch, dasz 55% bis 85% der Formaldehydmenge bei der Temperatur 40C und 45% bis 15% der Formaldehydmenge im Temperaturbereich 60C bis 80C innerhalb von mindestens 10 min bis 30 min mit der im Kreislauf gefuehrten Reaktionsmischung in dem Mengenverhaeltnis 1 zu 10 bis 1 zu 300 bei der Turbulenz entsprechend der Reynoldzahl 10 000, insbesondere bei der Zugabe des letzten Teils der Formaldehydmenge, vermischt wird oder, dasz 70% bis 90% der 37%igen waeszrigen Formaldehydmenge innerhalb von mindestens 10 min bis 30 min und 30% bis 10% der Formaldehydmenge, die gegebenenfalls mit Wasser im Verhaeltnis 1 zu 1 bis 1 zu 5 verduennt ist, in mindestens 10 min bis 30 min dem Reaktionsgemisch zugegeben wird, wird erreicht, dasz nach einem leicht realisierbaren Verfahren diskontinuierlich Methylendianilin/Polyamingemische durch Kondensation von Anilin und Formaldehyd bei Einsatz eines relativ geringen Anilinanteils, bei einem Molverhaeltnis Anilin zu Formaldehyd 2,2 zu 1 und verminderter Bildung von N-Methyl-Verbindungen im Methylendianilin/Polyamingemisch hergestellt werden koennen.{Methylendianilin/Polyamingemische; diskontinuierliche Herstellung; Kondensation; Anilin; Formaldehyd; stufenweise Zugabe Formaldehyd; wenig Nebenprodukte; Isocyanatherstellung; Polyurethan}The invention relates to a process for the batch production of methylenedianiline / polyamine mixtures, which is used in the preparation of aromatic isocyanates. Characterized in that 55% to 85% of the formaldehyde amount at the temperature 40C and 45% to 15% of the amount of formaldehyde in the temperature range 60C to 80C within at least 10 minutes to 30 minutes with the recirculated reaction mixture in the ratio 1 to 10 to 1 to 300 at the turbulence corresponding to the Reynolds number 10 000, in particular at the addition of the last part of the formaldehyde, is mixed or, soz 70% to 90% of the 37% formaldehyde aqueous amount within at least 10 minutes to 30 minutes and 30% to 10% The amount of formaldehyde, which is optionally diluted with water in the ratio of 1 to 1 to 1 to 5, is added to the reaction mixture in at least 10 minutes to 30 minutes is achieved by discontinuing methylene dianiline / polyamine mixtures batchwise by condensation of aniline and formaldehyde by an easily realizable process when using a relatively low aniline content, with a molar ratio of aniline to formaldehyde 2.2 to 1 and reduced formation of N-methyl compounds in the methylenedianiline / polyamine mixture {methylenedianiline / polyamine mixtures; discontinuous production; Condensation; Aniline; Formaldehyde; gradually adding formaldehyde; few by-products; isocyanate; polyurethane}
Description
-2- 295 628 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 295 628 Explanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt zur Erreichung des Zieles die Aufgabe zugrunde, den sauren Kondensationsprozeß von Anilin und Formaldehyd durch Einhaltung spezieller technologischer Bedingungen zu steuern.The invention is to achieve the objective of the object to control the acidic condensation process of aniline and formaldehyde by adhering to special technological conditions.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß 65% bis 85% der Formaldehydmenge bei der Temperatur £40°C und Ί5% bis 15% der Formaldehydmenge im Temperaturbereich 26C0C bis s80°C innerhalb von mindestens 10min bis 30min mit der im Kreislauf geführten Reaktionsmischung in dem Mengenverhältnis 1 zu 10 bis 1 zu 300 bei der Turbulenz entsprechend der Reynoldzahl > 10000, insbesondere bei der Zugabe des letzten Teiles der Formaldehydmenge, vermischt wird oder, daß 70% bis 90% der 37%igen wäßrigen Formaldehydmenge unter adiabaten Reaktionsbedingungen innerhalb von mindestens 10min bis 30min und 30% bis 10% der Formaldehydmenge, die gegebenenfalls mit Wasser im Verhältnis 1 zu 1 bis 1 zu 5 verdünnt ist, in mindestens 10min bis 30min dem Reaktionsgemisch zugegeben wird. *According to the invention the object is achieved in that 65% to 85% of the amount of formaldehyde at the temperature ≤ 40 ° C and Ί5% to 15% of the amount of formaldehyde in the temperature range 26C 0 C to s80 ° C within at least 10min to 30min with the circulated Reaction mixture in the ratio of 1 to 10 to 1 to 300 in the turbulence corresponding to the Reynolds number> 10000, especially when adding the last part of the formaldehyde, or that 70% to 90% of the 37% aqueous formaldehyde amount under adiabatic reaction conditions within of at least 10 minutes to 30 minutes and 30% to 10% of the amount of formaldehyde, optionally diluted with water in a ratio of 1: 1 to 1: 5, is added to the reaction mixture in at least 10 minutes to 30 minutes. *
Bei der Zugabe von 55% bis 85% der Gesamtmenge an Formaldehyd bei einer Temperatur 5400C ist die Bildung von Nebenprodukten sehr gering und die Reaktionsmischung liegt als klare homogene Lösung vor. Überraschend ist, daß durch die Temperaturerhöhung auf a CO0C bis s 8O0C bei der Zugabe der Restmenge Formaldehyd nicht nur möglich ist, die Homogenität der Ri Ationslösung beizubehalten, sondern auch bei Einhaltung einer Formaldehyd-Gesamtdosierzeit von mindestens 10min bis 30 nun und einem Mengenverhältnis von Formaldehyd zu der im Kreislauf geführten Reaktionsmischung von 1 zu 10 bis 1 zu 300 die Entstehung von Nebenreaktionen zu minimieren.With the addition of 55% to 85% of the total amount of formaldehyde at a temperature of 540 0 C, the formation of by-products is very low and the reaction mixture is available as a clear homogeneous solution. It is surprising that the temperature increase to a CO 0 C to s 8O 0 C in the addition of the residual amount of formaldehyde is not only possible to maintain the homogeneity of the Ri Ationslösung, but also while maintaining a total formaldehyde dosage of at least 10min to 30 and To minimize the formation of side reactions in a quantitative ratio of formaldehyde to the circulated reaction mixture of 1 to 10 to 1 to 300.
Bei der diskontinuierlichen Aminknndensation, das heißt bei eine.n Verfahren, wobei ein Teil der einen Komponente allmählich der Gesamtmenge der anderen Komponente zugefügt wird, komr Η der Beherrschung der letzten Phase der Formaldehyd-Zugabe eine entscheidende Rolle zu.In batch amine condensation, that is, a process in which a portion of one component is gradually added to the total of the other component, control of the final phase of formaldehyde addition plays a crucial role.
Durch die erfindungsgemäße Reaktionsführung, das heißt durch d>e Verringerung der Formaldehydkonzentration pro Zeiteinheit in der letzten Zugabophase, wird die Bildung von N-Methyl-Verbindungen und Dichin, beziehungsweise deren Derivaten, sehr gering gehalten. Im Unterschied zu den Verfahren des Standes der Technik wird durch die orfindungsgemäße Reaktionsführuno sowohl die Bildung von Nebenreaktionen des Formaldehyds minimiert, als auch gleichzeitig eine problemlose technologische Beherrschung (unter anderem keine Ablagerunyen von polymeren Vorkondensaten in den Wärmeaustauschern und Mischeinrichtungen) des Prozesses gewährleistet.By the reaction according to the invention, that is by d> e reduction of the formaldehyde concentration per unit time in the last Zugabophase, the formation of N-methyl compounds and dichlorine, or their derivatives, is kept very low. In contrast to the methods of the prior art is minimized by the orführungsgemäße Reaktionsführuno both the formation of side reactions of formaldehyde, and at the same time a trouble-free technological control (including no Ablagerunyen of polymeric precondensates in the heat exchangers and mixing devices) of the process guaranteed.
Nach der üblichen vollständigen Umlagerung der noch im Reaktionsgemisch vorliegenden Aminobenzylanilin-Bindungen /u primären Aminen bei einer Temperatur von 80°C bis 1000C und einer Verweilzeit von 2 h bis 4 h, der Neutralisation des salzsauren Reaktionsgemisches, Waschen und anschließender destillativer Entfernung von Anilin und Restwasser erhält man ein MDA/ Polyamingemisch mit einem sehr geringen Gehalt an N-Methyl-MDA beziehungsweise höherkernigen Oligomeren und Dichin beziehungsweise dessen Derivaten. Das so erzeugte MDA/Polyamingemisch läßt sich problemlos in einem inerten Lösungsmittel phosgenieren und weist bezüglich des Gehaltes an chlorenthaltenden Verbindungen eine wesentlich verbesserte Qualität auf.After the usual complete rearrangement of present in the reaction mixture Aminobenzylanilin bonds / u primary amines at a temperature of 80 ° C to 100 0 C and a residence time of 2 h to 4 h, the neutralization of the hydrochloric acid reaction mixture, washing and subsequent removal by distillation of Aniline and residual water to obtain an MDA / polyamine mixture with a very low content of N-methyl-MDA or higher-nuclear oligomers and dichlorine or its derivatives. The MDA / polyamine mixture thus produced can be readily phosgenated in an inert solvent and has a significantly improved quality with regard to the content of chlorine-containing compounds.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Anilin-Formaldehyd-Molverhältnisse von 1,4 bis 4 zu 1 anwendbar und bringt bei Verhältnissen von 1,6 bis 2,2 zu 1 besondere Vorteile. Das Molverhältnis Säure zu Anilin kann entsprechend dem gewünschten Isomerenverhältnis zwischen 0,3 und 0,9 variiert werden, wobei vorzugsweise Salzsäure als saurer Katalysator verwendet wirdThe process of the invention is applicable to all aniline-formaldehyde molar ratios of 1.4 to 4 to 1 and brings particular advantages at ratios of 1.6 to 2.2 to 1. The molar ratio of acid to aniline can be varied according to the desired isomer ratio between 0.3 and 0.9, wherein preferably hydrochloric acid is used as the acidic catalyst
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß The advantages of the method according to the invention are that
- der Gehalt an Nebenprodukten im MDA/Polyamingemisch minimiert und damit die Isocyanatqualität bezüglich des Gehaltes tin chlorenthaltenden Verbindungen wesentlich verbessert wird,minimizes the content of by-products in the MDA / polyamine mixture and thus substantially improves the isocyanate quality with respect to the content of chlorine-containing compounds,
- Ablagerungen von polymeren Zwischenprodukten vermieden werden, wodurch die Laufzeit einer großtechnischen Anlage infolge des störfreien Betriebes bedeutend erhöht wird.- Deposits of polymeric intermediates are avoided, whereby the term of a large-scale plant is significantly increased due to the interference-free operation.
Die Erfindung wird nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with exemplary embodiments.
Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
In einem Reaktorsystem, bestehend aus Reaktor, äußerem Produktkreislauf mit Wärmeaustauscher und Umwälzpumpe, Formalin-Vorratsgefäß und Mischeinrichtung, werden 18,6kg Anilin vorgelegt und nach Inbetriebnahme des Kreislaufes 9,3kg Salzsäure (31,5%ig) stetig zugegeben. Durch die Zirkulation über den außen angeordneten Wärmeaustauscher wird eine Temperatur von 5O0C bis 6O0C gehalten und nach Beendigung der Salzsäurezugabe eine Temperatur von 400C eingestellt. Die zirkulierende Kreislaufmenge wird mittels der Umwälzpumpe so eingestellt, daß das Mengenverhältnis Kreislaufprodukt zu der Formalinmenge 30 zu 1 beträgt. Anschließend erfolgt die stetige Zugabe von 8,11 kg Formalin (3?%ig, Temperatur = 3O0C) innerhalb 10min mit Hilfe von Stickstoff (0,9 MPa) in das Kreislaufprodukt mittels einer Mischeinrichtung, so daß eine Turbulenz mit einer Reynoldzahl von ca. 10000 erzeugt wird.In a reactor system consisting of reactor, external product cycle with heat exchanger and circulation pump, formalin storage vessel and mixer, 18.6 kg of aniline are submitted and after start-up of the circuit 9.3 kg of hydrochloric acid (31.5% strength) added steadily. By the circulation through the heat exchanger arranged outside, a temperature of 5O 0 C to 6O 0 C is maintained and after completion of the addition of hydrochloric acid, a temperature of 40 0 C is set. The circulating cycle amount is adjusted by means of the circulation pump so that the amount ratio of the cycle product to the amount of formalin is 30 to 1. This is followed by the steady addition of 8.11 kg of formalin (3?% Strength, temperature = 3O 0 C) within 10 minutes by using nitrogen gas (0.9 MPa) in the circulatory product by means of a mixing device, so that turbulence at a Reynolds number of about 10000 is generated.
Die Temperaturführung während der Formalin-Zugabe wird so gestaltet, daß 85% der Formalinmenge (6,08kg) bei 4O0C und nach Aufheizen auf 80°C die Restmenge bei dieser Temperatur zugegeben wird. Nach Beendigung der Formalin-Zugabe wird das Reaktionsgemisch auf 85°C his 95°C erwärmt und 120min bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend auf 7O0C abgekühlt, mit übarschüssiger Natronlauge neutralisiert, die organische Phase abgetrennt, mit Wasser praktisch chloridfrei gewaschen und dann das überschüssige Anilin und gelöstes Wasser durch schonende Destillation entfernt.The temperature control during the formalin addition is designed so that 85% of of formalin (6,08kg) at 4O 0 C and after heating to 80 ° C, the remaining quantity is added at this temperature. After completion of the formalin addition, the reaction mixture is heated to 85 ° C to 95 ° C and held at this temperature for 120min. Then cooled to 7O 0 C, neutralized with umbarschüssiger sodium hydroxide solution, the organic phase separated, washed with water virtually free of chloride and then removed the excess aniline and dissolved water by gentle distillation.
Das so erhaltene MDA/Polyamingemisch wird durch folgende Analysenkennzahlon charakterisiert:The resulting MDA / polyamine mixture is characterized by the following analytical code:
MDA 3-Kern 4-Kern 5-10-KernMDA 3-core 4-core 5-10 core
64,5% 22,3% 8,1% 5,1% (durch GPC ermittelt, Angabe in Gew.-%)64.5% 22.3% 8.1% 5.1% (determined by GPC, in% by weight)
MDA-Isomerenver'.eilung einschließlich N-Methyl-MDAMDA isomeric mixture including N-methyl-MDA
W 2^ 4^ N-Methyl-MDA W 2 ^ 4 ^ N-methyl-MDA
0,2% 7,5% 92,1% 0,2% (durch GC ermittelt, Angabe in Gew.-%)0.2% 7.5% 92.1% 0.2% (determined by GC, reported in% by weight)
0,6 Gew.-% Dichin (mittels UV-Messung)0.6% by weight of dichlorine (by UV measurement)
100mPasViskosität/70°C100mPasViskosität / 70 ° C
Analog dem Ausführungsbeispiel 1 wird aus 16,74 kg Anilin und 8,37 kg 31,5%iger Salzsäure eine Anilinhydrochloridmischung hergestellt, auf 300C abgekühlt und 4,46 kg 37%iges Formalin (55% der Gesamtmenge) bei dieser Temperatur innerhalb 15min stetig bei einer Turbulenz der Reynoldzahl ca. 10000 zugegeben. Das Mengenverhältnis Kreislaufprodukt zu Formalin beträgt 300 zu 1. Nach Aufheizen auf 6O0C wird die restliche Menge an Formalin ebenfalls in 15min zudosiert. Nach den entsprechenden Vtnahrensstufen erhält man ein MDA/Polyamingemisch mit folgenden Analysenwerten:Analogously to Example 1, an aniline hydrochloride mixture is prepared from 16.74 kg aniline and 8.37 kg 31.5% hydrochloric acid, cooled to 30 0 C and 4.46 kg 37% pure formalin (55% of the total) at this temperature within 15min continuously with a turbulence of Reynolds number about 10000 added. The amount of circulating product to formalin is 300 to 1. After heating to 6O 0 C, the remaining amount of formalin is also added in 15min. After the appropriate steps, an MDA / polyamine mixture with the following analytical values is obtained:
0,1% 4,7% 94,9% 0,3% (durch GC ermittelt. Angabe in Gew.-%)0.1% 4.7% 94.9% 0.3% (determined by GC, reported in% by weight)
0,8Gew.-%Dichin (mittels UV-Messung)0.8% by weight of dichlorine (by UV measurement)
230mPasViskosität/70°C230mPasViskosität / 70 ° C
In einem mit mechanischem Rührer, Rückflußkühler, Thermometer und einer Zuleitung für die Formaldehydlösung ausgestatteten Reuktor werden 167,4g Anilin und 83,4g 31,5%ige Salzsäuro miteinander vermischt und auf 400C abgekühlt. Danach werden 56,8g einer 37%igen wäßrigen Formaldehydlösung (entspricht 70% der Gesamtmenge an Formaldehyd) dem Reaktionsgemisch mittels einer Dosierpumpe innerhalb 10min tropfenweise unter intensivem Rühren zugegeben und der Rest von 24,3g Formaldehydlösung ebenfalls in 10min (Mclverhältnis Anilin zu Formaldehyd 1,8 zu 1). Nach beendeter Formaldehydzugabe wird das Reaktionsgemisch 3 h bei 950C gehalten, auf 70°C abgekühlt, mit überschüssiger Natronlauge neutralisiert, die organische Phase abgetrennt, mit Wasser praktisch chloridfrei gewaschen und dann das überschüssige Anilin und gelöstes Wasser durch schonende Destillation entfernt. Das so erhaltene MDA/Polyamingemisch wird durch folgende Analysenkennzahlen charakterisiert:In a equipped with mechanical stirrer, reflux condenser, thermometer and a line for the formaldehyde solution Reuktor 167.4g aniline and 83.4g 31.5% hydrochloric acid are mixed together and cooled to 40 0 C. 56.8 g of a 37% strength aqueous formaldehyde solution (corresponding to 70% of the total amount of formaldehyde) are added dropwise to the reaction mixture by means of a metering pump within 10 minutes with vigorous stirring and the remainder of 24.3 g of formaldehyde solution is likewise added in 10 minutes (aniline to formaldehyde 1 molar ratio). 8 to 1). After completion of addition of formaldehyde, the reaction mixture is maintained at 95 0 C for 3 h, cooled to 70 ° C, neutralized with excess sodium hydroxide solution, the organic phase separated, washed with water virtually free of chloride and then removed the excess aniline and dissolved water by gentle distillation. The resulting MDA / polyamine mixture is characterized by the following analytical parameters:
4,52% 95,23% 0,25% (durch GC ermittelt. Angabe in Gew.-%)4.52% 95.23% 0.25% (determined by GC, reported in% by weight)
0,95 Gew.-% Dichin (mittels UV-Messung)0.95% by weight of dichlorine (by UV measurement)
250 mPasViskosität/70°C250 mPas viscosity / 70 ° C
Dieses MDA/Polyamingemisch wird in Monochlorbenzen gelöst und phoogeniert. Bei der Phosgenierung erhält man eine helle chlorbenzenische Reaktionslösung, die frei von Abscheidungen ist. Nach der destillativen Aufarbeitung werden folgende Analysenwerte ermittelt: 0,23Gew.-% hydrolysierbares Chlor 150 mPasViskosität/25°CThis MDA / polyamine mixture is dissolved in monochlorobenzene and phogenated. In the phosgenation, a bright chlorobenzene reaction solution is obtained which is free from deposits. After working up by distillation, the following analytical values are determined: 0.23% by weight of hydrolyzable chlorine 150 mPas viscosity / 25 ° C.
Das Verfahren von Ausführungsbeispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch die Zupabe der Formaldehydiösung so erfolgt, daß 90% (73g) in 30min zugegeben wird und der Rest (8,1 g) ebenfalls in 30min. Nach den entsprechenden Vorfahrensstufen erhält man ein MDA/Polyamingemisch mit folgenden Kennwerten:The procedure of Example 1 was repeated except that the addition of the formaldehyde solution was such that 90% (73 g) was added in 30 minutes and the remainder (8.1 g) was also added in 30 minutes. After the corresponding precursor stages, an MDA / polyamine mixture with the following characteristics is obtained:
55,6% 23,0% 11,3% 10,1% (mittels GPC, Angabe in Gew-%)55.6% 23.0% 11.3% 10.1% (by GPC, in% by weight)
MDA-Isomerenverteilung einschließlich N-Methyl-MDA 2,4' 4,4' N-Methyl-MDAMDA isomer distribution including N-methyl-MDA 2,4 ', 4,4'-N-methyl-MDA
4,74% 95,08% 0,18% (durch GC ermittelt, Angabe in Gew.-%)4.74% 95.08% 0.18% (determined by GC, reported in% by weight)
0,89 Gew.-% Dichin (mittels UV-Messung)0.89% by weight of dichlorine (by UV measurement)
220 mPasViskosität/70°C220 mPas viscosity / 70 ° C
0,2Gew.-% hydrolysierbares Chlor0.2% by weight of hydrolyzable chlorine
125mPasViskosität/25°C125mPasViskosität / 25 ° C
vermischt, auf 4ö"C abgekühlt und 60,8g einer 37%igen wäßrigen Formaldehydlösung (entspricht 75% der Gesamtmenge ancooled, cooled to 4ö "C and 60.8 g of a 37% aqueous formaldehyde solution (corresponds to 75% of the total amount of
anfallende Produkt wird analog den Ausführungsbeispielen 1 und 2 weiter b' landelt und durch folgende Analysenwertocharakterisiert:resulting product is analogous to the exemplary embodiments 1 and 2 b 'continues and characterized by the following analysis:
49,0% 24,2% 12,2% 14,6% (durch GPC ermittelt, Angabe in Gew.-%)49.0% 24.2% 12.2% 14.6% (determined by GPC, in% by weight)
MDA-lsomerenverteilung einschließlich N-Methyl-MDA 2,4' 4,4' N-Methyl-MDAMDA isomer distribution including N-methyl-MDA 2,4 ', 4,4'-N-methyl-MDA
4,12% 95,30% 0,58% (mittels GC, Angabe in Gew.-%)4.12% 95.30% 0.58% (by GC, in% by weight)
1,0Gew.-%Dichin (mittels UV-Messung)1.0% by weight of dichlorine (by UV measurement)
380mPasViskosität/70°C380mPasViskosität / 70 ° C
Die analytische Untersuchung des MDI/Polyisocyanatgemisches ergibt: 0,31 Gew.-% hydrolysierbares Chlor 200 mPasViskosität/25<1CThe analytical examination of the MDI / polyisocyanate mixture gives: 0.31 wt .-% hydrolyzable chlorine 200 mPas viscosity / 25 <1 C.
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DD (1) | DD295628A5 (en) |
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