DE10036603A1 - Process for the production of monochloroacetic acid in microreactors - Google Patents
Process for the production of monochloroacetic acid in microreactorsInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der selektiven Herstellung von Monochloressigsäure aus Essigsäure und Chlorgas im Mikroreaktor, wobei die Bildung von Dichloressigsäure im Vergleich zu den bekannten Verfahren drastisch reduziert wird.The present invention is in the field of selective manufacture of Monochloroacetic acid from acetic acid and chlorine gas in a microreactor, the Formation of dichloroacetic acid compared to the known processes drastically is reduced.
Nach dem im Stand der Technik üblichen Verfahren zur Essigsäurechlorierung zu Monochloressigsäure werden Essigsäure und Essigsäureanhydrid zusammen mit einem rückgeführten Destillat aus Essigsäure, Acetylchlorid, Monochloressigsäure, Dichloressigsäure und Chlorwasserstoffgas vorgelegt, wobei Essigsäureanhydrid mit Chlorwasserstoffgas sofort unter Bildung von Acetylchlorid reagiert.According to the acetic acid chlorination process customary in the prior art Monochloroacetic acid are acetic acid and acetic anhydride along with a recycled distillate from acetic acid, acetyl chloride, monochloroacetic acid, Dichloroacetic acid and hydrogen chloride gas submitted, with acetic anhydride Hydrogen chloride gas reacted immediately to form acetyl chloride.
Dieses Gemisch wird in Blasensäulenreaktoren, sogenannte Chlorierungstürme, gepumpt und in diese bei einem Druck von etwa 3,5 bar abs. und einer Temperatur im Bereich von 115 bis 145°C Chlorgas eingeleitet. Auf Grund der wechselnden Zusammensetzung des rückgeführten Destillats schwankt die Zusammensetzung der Reaktionsmischung insbesondere der Acetylchloridanteils in relativ breiten Grenzen.This mixture is in bubble column reactors, so-called chlorination towers, pumped and into this at a pressure of about 3.5 bar abs. and a temperature in the range of 115 to 145 ° C chlorine gas. Because of the changing The composition of the returned distillate fluctuates the reaction mixture in particular the acetyl chloride portion in relatively broad Limits.
Die Zusammensetzung der Reaktionsmischung beträgt üblicherweise ca. 38,5% Essigsäure, 11,5% Acetanhydrid (das entspricht ca. 20% Acetylchlorid) und etwa 50% Chlorgas. Das Chlorgas wird so eindosiert, dass am Kopf maximal 0,1% unverbrauchtes Chlorgas wieder entweichen.The composition of the reaction mixture is usually approx. 38.5% Acetic acid, 11.5% acetic anhydride (this corresponds to about 20% acetyl chloride) and about 50% chlorine gas. The chlorine gas is metered in so that a maximum of 0.1% on the head Escape unused chlorine gas again.
Nach dem Durchlaufen der Blasensäulen wird die Rohsäure abgetrennt und bei ca. 150 mbar und ca. 80°C zunächst von Leichtsiedern destillativ befreit. Bei einem Essigsäureumsatz von 85% beträgt die Zusammensetzung der Rohsäure ca. 85% Monochloressigsäure, ca. 11,5% Essigsäure und 3,5% Dichloressigsäure. After passing through the bubble columns, the crude acid is separated off and at approx. 150 mbar and approx. 80 ° C initially freed from low boilers by distillation. At a Acetic acid conversion of 85%, the composition of the raw acid is approx. 85% Monochloroacetic acid, approx. 11.5% acetic acid and 3.5% dichloroacetic acid.
Die noch Dichloressigsäure enthaltende Monochloressigsäure muss zur Entfernung der Dichloressigsäure (DCE) entweder durch aufwendige Kristallisationsverfahren oder über eine teure heterogen katalysierte Wasserstoffreduktion mit Palladium- Katalysatoren auf niedrigere DCE-Gehalte aufgereinigt werden.The monochloroacetic acid still containing dichloroacetic acid must be removed dichloroacetic acid (DCE) either by complex crystallization processes or via an expensive heterogeneously catalyzed hydrogen reduction with palladium Catalysts are cleaned up to lower DCE contents.
Aufgabe des vorliegenden Verfahrens ist es somit ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Monochloressigsäure zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, Monochloressigsäure in hohen Ausbeuten mit guter Selektivität zu erhalten und bei dem gleichzeitig die Bildung von Dichloressigsäure als Nebenprodukt geringer ist als mit den im Stand der Technik bekannten Verfahren.The object of the present method is therefore an economical method for To provide production of monochloroacetic acid which allows Obtain monochloroacetic acid in high yields with good selectivity and which at the same time the formation of dichloroacetic acid as a by-product is less than with the methods known in the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst durch die vorliegende Erfindung und betrifft ein Verfahren zur Essigsäurechlorierung, insbesondere zur Herstellung von Monochloressigsäure, durch Umsetzung von Essigsäure mit Chlorgas bei einer Temperatur < 140°C, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 160 bis 220°C, vorzugsweise im Bereich von 170 bis 190°C, wobei die Reaktion in einem Mikroreaktor durchgeführt wird.The object is achieved by the present invention and relates to a method for acetic acid chlorination, especially for the production of monochloroacetic acid, by reacting acetic acid with chlorine gas at a temperature <140 ° C, especially at a temperature in the range of 160 to 220 ° C, preferably in Range of 170 to 190 ° C, the reaction being carried out in a microreactor becomes.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden Essigsäure und Chlorgas im Verhältnis 0,8 : 1 bis 0,95 : 1, bevorzugt im Verhältnis 0,85 : 1 bis 0,90 : 1 sowie Acetylchlorid im Bereich von 1 bis 50%, bevorzugt im Bereich von 10 bis 30% kontinuierlich bei Temperaturen von < 140°C in einem Mikroreaktor umgesetzt. Anstelle von Acetylchlorid kann auch Acetanhydrid und Chlorwasserstoffgas eingesetzt werden.In the present process, acetic acid and chlorine gas are compared 0.8: 1 to 0.95: 1, preferably in a ratio of 0.85: 1 to 0.90: 1 and acetyl chloride in Range from 1 to 50%, preferably in the range from 10 to 30% continuously Temperatures of <140 ° C implemented in a microreactor. Instead of Acetyl chloride, acetic anhydride and hydrogen chloride gas can also be used.
Die Kontrolle der benötigten Flüsse und die Zudosierung der flüssigen Reaktanden wird vorzugsweise über Präzisionskolbenpumpen, Kreiselpumpen oder Taumelkolbenpumpen und computergesteuerten Regelungen vorgenommen. Die Reaktionstemperatur wird über integrierte Sensoren überwacht und mit Hilfe der Regelung und eines Thermostaten überwacht und gesteuert.The control of the required flows and the addition of the liquid reactants is preferred over precision piston pumps, centrifugal pumps or Tumble piston pumps and computer-controlled controls. The The reaction temperature is monitored via integrated sensors and with the help of Regulation and a thermostat monitored and controlled.
Die Chlorgasversorgung erfolgt über einen Druckminderer und eine Absperrarmatur aus Druckgasbehältern. Der dazugehörige Volumenstrom wird durch einen geeigneten Schwebekörperdurchflussmesser erfasst. The chlorine gas is supplied via a pressure reducer and a shut-off valve from pressurized gas containers. The associated volume flow is indicated by a suitable variable area flowmeter.
Das Reaktionsgemisch wird aus einem, vorzugsweise auf Temperaturen im Bereich von 170 bis 190°C temperierten, Vorlagebehälter vorzugsweise mittels einer Pumpe in den Mikroreaktor dosiert.The reaction mixture is made up of one, preferably at temperatures in the range from 170 to 190 ° C tempered, preferably by means of a pump dosed into the microreactor.
Das Abgas und das Produkt treten gemeinsam aus dem Mikroreaktor in einen nachgeschalteten Abscheidebehälter ein. Der Füllstand des Abscheidebehälters wird mittels eines in einem gesonderten Rohr geführten Magnetschwimmers erfasst und geregelt. Wird der obere Grenzwert erreicht, öffnet sich das nachgeschaltete Magnetventil damit der Anlagendruck durch das abfließende Produktgemisch möglichst nicht beeinflusst wird.The exhaust gas and the product come together from the microreactor downstream separator tank. The fill level of the separation tank is recorded by means of a magnetic float guided in a separate tube and regulated. If the upper limit is reached, the downstream one opens Solenoid valve thus the system pressure through the flowing product mixture is not influenced if possible.
Der Betriebsdruck der Anlage, der im Bereich von 1 bis 10 bar, insbesondere 5 bis 8 bar liegt, wird neben dem bei der Chlorversorgung eingestellten Druck zusätzlich durch die Drosselung des austretenden Produktgasstromes geregelt.The operating pressure of the system, which is in the range of 1 to 10 bar, especially 5 to 8 bar is in addition to the pressure set for the chlorine supply regulated by throttling the escaping product gas flow.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich auf die üblicherweise zur Entfernung der als Nebenprodukt gebildeten Dichloressigsäure erforderliche umfangreiche Aufarbeitung der Reaktionsmischung, beispielsweise durch Kristallisation oder heterogen katalysierte Wasserstoffreduktion, zu verzichten.With the method according to the invention it is possible to use the Removal of the dichloroacetic acid formed as a by-product is required extensive work-up of the reaction mixture, for example by Crystallization or heterogeneously catalyzed hydrogen reduction.
Mikroreaktoren sind zum Beispiel aus der EP-A- 0 688 242 und der US-A- 5,811,062 bekannt. Diese Mikroreaktoren werden aus einer Vielzahl von aufeinandergestapelten und miteinander verbundenen Plättchen aufgebaut, auf deren Oberflächen sich mikromechanisch erzeugte Strukturen befinden, die in ihrem Zusammenwirken horizontale Reaktionsräume bilden, um jeweils erwünschte chemische Reaktionen auszuführen.Microreactors are for example from EP-A-0 688 242 and US-A-5,811,062 known. These microreactors are made up of a variety of stacked and interconnected platelets built up whose surfaces are micromechanically generated structures that are in their Interacting form horizontal reaction spaces to make each one desirable perform chemical reactions.
Solche Mikroreaktoren sind jedoch für die Durchführung von Reaktionen zwischen gasförmigen und flüssigen Reaktanden ungeeignet, da sich die Reaktionspartner in den horizontalen Reaktionsräumen nicht genügend Durchmischen können.Such microreactors are, however, for carrying out reactions between gaseous and liquid reactants are unsuitable because the reactants are in cannot mix enough in the horizontal reaction spaces.
Als Mikroreaktoren kommen für das erfindungsgemäße Verfahren Mikrokapillarreaktoren, Mikroblasensäulenreaktoren oder Mikrotröpfchenreaktoren in Frage. Die Verwendung von Mikrokapillarreaktoren ist für die Herstellung von Monochloressigsäure bevorzugt.The microreactors used for the process according to the invention Microcapillary reactors, micro bubble column reactors or microdroplet reactors in Question. The use of microcapillary reactors is for the manufacture of Monochloroacetic acid preferred.
Bei Mikrokapillarreaktoren wird das Reaktionsgemisch auf eine mit Mikroriefen versehene Platte geleitet und im darüberliegenden Gasraum das Chlorgas zudosiert. Die Rückwand der Platte wird zur Abfuhr der Reaktionswärme genutzt. Die Vorteile des Mikrokapillarreaktors liegen insbesondere in der einfachen Flüssigdosierung, sowie in der getrennten Führung der Phasen, so dass keine zusätzlichen Bauelemente zur Separation der Phasen notwendig sind. Dünne Flüssigkeitsfilme ermöglichen eine gute Wärmekontrolle sowie eine Intensivierung des Stoffaustausches durch kurze Diffusionsstrecken.In the case of microcapillary reactors, the reaction mixture is reduced to one with micro grooves provided plate and the chlorine gas in the gas space above added. The back wall of the plate is used to remove the heat of reaction. The advantages of the microcapillary reactor are particularly simple Liquid dosing, as well as in the separate management of the phases, so that none additional components for separating the phases are necessary. thin Liquid films enable good heat control and intensification the exchange of materials through short diffusion distances.
Beispielhaft wird in Abb. 1 ein für die Herstellung von Monochloressigsäure einsetzbarer Reaktor beschrieben.An example of a reactor which can be used for the production of monochloroacetic acid is described in Fig. 1.
Zentrales Bauteil des Mikroreaktors ist eine Fluidführungsplatte (1, Fig. 1). Die Platte hält die reagierende Flüssigkeit in speziellen Kapillarriefen unter Ausnutzung von Kapillarkräften an ihrer Oberfläche. Sie hat eine Stärke (1a) von 1000 µm bis 4000 µm, vorzugsweise von 1500 µm bis 3000 µm. Sie enthält offene Kapillarriefen, in welchen Flüssigkeitsfäden erzeugt werden. Diese Kapillarriefen haben eine, Breite (1b) von 500 µm bis 2000 µm, vorzugsweise 1000 µm bis 1500 µm und eine Tiefe (1c) von 200 µm bis 500 µm, vorzugsweise von 300 µm bis 400 µm. Die Stege (1d) zwischen zwei benachbarten Kapillarriefen haben eine Breite von 100 µm bis 300 µm, vorzugsweise von 150 µm bis 200 µm.The central component of the microreactor is a fluid guide plate ( 1 , Fig. 1). The plate holds the reacting liquid on its surface in special capillary grooves using capillary forces. It has a thickness ( 1 a) of 1000 microns to 4000 microns, preferably from 1500 microns to 3000 microns. It contains open capillary grooves in which liquid threads are created. These capillary grooves have a width ( 1 b) of 500 μm to 2000 μm, preferably 1000 μm to 1500 μm and a depth ( 1 c) of 200 μm to 500 μm, preferably from 300 μm to 400 μm. The webs ( 1 d) between two adjacent capillary grooves have a width of 100 μm to 300 μm, preferably from 150 μm to 200 μm.
Im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass der erfindungsgemäße Mikroreaktor aus fünf strukturierten Platten, einer Bodenplatte (22), einer Zwischenplatte (6), und einer Deckelplatte (12) sowie zwei Fluidführungsplatten (1) besteht. Die beiden Fluidführungsplatten (1) sind jeweils zwischen zwei dieser Platten angebracht und werden auf ihrer Rückseite zum Beispiel durch O-Ringe gedichtet. Die Zuführungsleitungen (2), (8) und (15) werden ebenfalls vorzugsweise durch O-Ringe gedichtet. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, it is assumed that the microreactor according to the invention consists of five structured plates, a base plate ( 22 ), an intermediate plate ( 6 ), and a cover plate ( 12 ) and two fluid guide plates ( 1 ). The two fluid guide plates ( 1 ) are each installed between two of these plates and are sealed on the back, for example by O-rings. The feed lines ( 2 ), ( 8 ) and ( 15 ) are also preferably sealed by O-rings.
Nicht dargestellt sind Führungsstifte und Schrauben, welche die Platten dichtend zusammenpressen.Not shown are guide pins and screws which seal the plates compress.
Die Fluidführungsplatte (1) liegt auf einer Zwischenplatte (6) bzw. der Bodenplatte (22) auf, durch die der fluide Reaktionspartner dem Reaktor über die Zuleitung zugeführt wird. Diese ist an eine Bohrung (3) angeschlossen, die in den Verteilungskanal (4) mündet, welcher eine Strömungsgleichverteilung gewährleistet. Zwischen dem Verteilungskanal (4) bzw. dem Flüssigkeitssammelkanal (7) und der Reaktionskammer (5) ist eine Strömungsengstelle vorgesehen. Solch eine Engstelle kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die mikrostrukturierte Fluidführungsplatte (1) gegen die Zwischenplatte (6) gepresst wird und die hierbei entstehenden Mikrokanäle den Fluss des fluiden Reaktionspartners drosseln. Nachdem die Flüssigkeit diese Engstelle passiert hat, kommt sie in Kontakt mit dem gasförmigen Reaktionspartner. Dieser Kontakt besteht so lange, wie der fluide Reaktionspartner in den Mikrokapillarriefen des Fluidführungsplatte (1) hinabläuft.The fluid guide plate ( 1 ) rests on an intermediate plate ( 6 ) or the base plate ( 22 ) through which the fluid reactant is fed to the reactor via the feed line. This is connected to a bore ( 3 ) which opens into the distribution channel ( 4 ), which ensures uniform flow distribution. A flow restriction is provided between the distribution channel ( 4 ) or the liquid collection channel ( 7 ) and the reaction chamber ( 5 ). Such a constriction can e.g. B. can be achieved in that the microstructured fluid guide plate ( 1 ) is pressed against the intermediate plate ( 6 ) and the resulting microchannels throttle the flow of the fluid reactant. After the liquid has passed this constriction, it comes into contact with the gaseous reactant. This contact lasts as long as the fluid reactant runs down the microcapillary grooves of the fluid guide plate ( 1 ).
Der gasförmige Reaktionspartner strömt in analoger Weise über die Gasführungsleitung (8) und die abzweigende Bohrung (9) in den Gasverteilungskanal (10). Diese Bohrungen sind an der Gehäuseaußenwand mittels Schrauben (14) verschließbar. Der Strömungsweg des Gases ist mit Engstellen (11) versehen, die von der Fluidführungsplatte (1) und einer Zwischenplatte (6) und/oder der Deckelplatte (12) gebildet werden.The gaseous reaction partner flows in an analogous manner via the gas guide line ( 8 ) and the branching bore ( 9 ) into the gas distribution channel ( 10 ). These holes can be closed on the outer wall of the housing by means of screws ( 14 ). The flow path of the gas is provided with narrow points ( 11 ) which are formed by the fluid guide plate ( 1 ) and an intermediate plate ( 6 ) and / or the cover plate ( 12 ).
Da der Gasvolumenstrom denjenigen der Flüssigkeit um mehrere Größenordnungen übersteigen kann, ist die Reaktionskammer (5) mit einer entsprechend größeren Weite ausgeführt als die Mikrokanäle auf der Fluidführungsplatte (1). Dies könnte sich auf den Stoffaustausch in der Gasphase ungünstig auswirken. Daher wird die Reaktionskammer (5) vorzugsweise mit Rampen (13), welche insbesondere versetzt zueinander angeordnet sind, ausgerüstet, die den Stoffaustausch verbessern.Since the gas volume flow can exceed that of the liquid by several orders of magnitude, the reaction chamber ( 5 ) is designed with a correspondingly larger width than the microchannels on the fluid guide plate ( 1 ). This could have an unfavorable effect on the mass transfer in the gas phase. Therefore, the reaction chamber ( 5 ) is preferably equipped with ramps ( 13 ), which are arranged in particular offset from one another, which improve the mass transfer.
Die Aufgabe und Verteilung der Flüssigkeit sowie des Gases erfolgt über horizontale Verteilerkanäle und kann won der gleichen Seite oder von der gegenüberliegenden Seiten des Reaktors erfolgen. Die flüssigen sowie gasförmigen Bestandteile des Reaktionsgemisches können über horizontale Kanäle gemeinsam oder voneinander getrennt abgeführt werden.The liquid and gas are applied and distributed via horizontal Distribution channels and can be won from the same side or from the opposite Sides of the reactor. The liquid and gaseous components of the Reaction mixtures can be used together or from one another via horizontal channels be discharged separately.
Wird unter Druck gearbeitet, dienen die Stege (18) dazu, eine Durchbiegung des Reaktionsbleches 1 zu verhindern. So können Drücke von 1 bis 10 bar aufgebracht werden.If working under pressure, the webs ( 18 ) serve to prevent the reaction plate 1 from bending. So pressures from 1 to 10 bar can be applied.
Über Sensoren kann eine Kontrolle der Reaktionsbedingungen (Fadendicke, Konzentration, Temperatur, pH-Werte, Flussraten) erfolgen.The reaction conditions (thread thickness, Concentration, temperature, pH values, flow rates).
Die Fluidführungsplatte (1) kann auf ihrer Rückseite gekühlt bzw. beheizt werden, wobei ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgermedium in Kanälen von 0,5 bis 2 mm Weite strömt. Die Versorgung mit dem Wärmeträger geschieht über eine Zuführungsleitung (15) und Bohrungen (16), die zu den einzelnen Reaktionsplatten (1) abzweigen. Die Abfuhr des Wärmeträgermediums geschieht über den Wärmeträgersammelkanal (19), Bohrungen (20) und die Auslassleitung (21). Das Zusammenspiel von Wärmeträgerverteilungskanal (17) mit den Wärmeübertragungskanälen (23) bewirkt eine gute Strömungsgleichverteilung des Wärmeträgermediums, insbesondere wenn die Zuführungsleitung (15) und die Auslassleitung (21) diagonal in der Zwischenplatte (6) angeordnet sind, was aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt wurde.The rear side of the fluid guide plate ( 1 ) can be cooled or heated, a liquid or gaseous heat transfer medium flowing in channels of 0.5 to 2 mm in width. The supply of the heat transfer medium takes place via a feed line ( 15 ) and bores ( 16 ) which branch off to the individual reaction plates ( 1 ). The heat transfer medium is removed via the heat transfer manifold ( 19 ), bores ( 20 ) and the outlet line ( 21 ). The interaction of the heat transfer channel ( 17 ) with the heat transfer channels ( 23 ) results in a good flow uniform distribution of the heat transfer medium, especially if the supply line ( 15 ) and the outlet line ( 21 ) are arranged diagonally in the intermediate plate ( 6 ), which is for the sake of clarity in Fig was. 2 not shown.
Eine Temperierung der Reaktionsschicht von der Rückseite her durch flüssige oder gasförmige Medien ist in einem Temperaturbereich von 70 bis 300°C, vorzugsweise von 160 bis 200°C, möglich.Temperature control of the reaction layer from the rear by liquid or gaseous media in a temperature range of 70 to 300 ° C, preferably from 160 to 200 ° C, possible.
Durch interne Parallelisierung, d. h. die Hinterschaltung von mehreren Einzelreaktoren in einem Reaktionsblock, kann die umgesetzte Menge bis in den technisch relevanten Bereich gesteigert werden. Bereits durch Kombination von einer Bodenplatte (22) mit einer Fluidführungsplatte (1) und einer Deckelplatte (12) entsteht ein Reaktor. Durch Hinzufügen einer Zwischenplatte (6) und einer weiteren Fluidführungsplatte (1) entsteht ein zusätzliches Reaktormodul (siehe Fig. 2). Die flüssigen und gasförmigen Reaktanden werden jeweils über eine gemeinsame Zuleitung zugeführt und gleichmäßig auf die einzelnen Reaktionseinheiten verteilt. Through internal parallelization, ie the connection of several individual reactors in one reaction block, the amount converted can be increased to the technically relevant range. A reactor is created by combining a base plate ( 22 ) with a fluid guide plate ( 1 ) and a cover plate ( 12 ). By adding an intermediate plate ( 6 ) and a further fluid guide plate ( 1 ), an additional reactor module is created (see FIG. 2). The liquid and gaseous reactants are each fed via a common feed line and distributed evenly among the individual reaction units.
Auch die Abfuhr der gesammelten flüssigen bzw. gasförmigen Phasen läuft über eine gemeinsame Leitung. Dadurch entsteht ein modulares Reaktionssystem mit einer frei skalierbaren Anzahl von Zwischenplatten (6) und Fluidführungsplatten (1).The liquid or gaseous phases collected are also discharged via a common line. This creates a modular reaction system with a freely scalable number of intermediate plates ( 6 ) and fluid guide plates ( 1 ).
Das erfindungsgemäß verwendete System kann aus Metall, Glas, Keramik, Kunststoff, Halbleitermaterialien oder aus Kombinationen derselben gefertigt sein, vorzugsweise aus Tantal, Graphit, Keramik oder glasfaserverstärktem Polytetrafluorethylen (PTFE).The system used according to the invention can be made of metal, glass, ceramic, Plastic, semiconductor materials or combinations thereof, preferably made of tantalum, graphite, ceramic or glass fiber reinforced Polytetrafluoroethylene (PTFE).
Der Einsatz der Mikroreaktionstechnik bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht viele Vorteile bei der Reaktionsführung. So bedingen die kleinen Dimensionen hohe Wärmeübergangskoeffizienten, die für eine optimale Reaktionsführung genutzt werden können. Ferner wird durch die Erzeugung großer spezifischer Phasengrenzflächen eine Intensivierung des Stoffaustausches erreicht. Dünne Flüssigkeitsfilme bewirken eine homogenere Konzentrationsverteilung sowie kleine Diffusionswege und damit eine Beschleunigung des Stofftransportes in der Flüssigphase.The use of microreaction technology in the method according to the invention enables many advantages in reaction management. So condition the little ones Dimensions high heat transfer coefficients for optimal Reaction management can be used. Furthermore, the generation is great specific phase interfaces an intensification of the mass exchange is achieved. Thin liquid films cause a more homogeneous concentration distribution as well small diffusion paths and thus an acceleration of the mass transport in the Liquid phase.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von Monochloressigsäure mit hoher Selektivität. Der Dichloressigsäure-Gehalt kann dabei bei Essigsäureumsätzen von < 85% auf < 0,1%, vorzugsweise < 0,05% (500 ppm) gesenkt werden. The process according to the invention allows the production of monochloroacetic acid with high selectivity. The dichloroacetic acid content can be Acetic acid conversions from <85% to <0.1%, preferably <0.05% (500 ppm) be lowered.
Die Reaktion wird in einem Mikroreaktor gemäß Fig. 2 durchgeführt. Es wurde eine Zwischenplatte (6) verwendet. Die Boden-, Deckel-, und Zwischenplatten bestehen aus Graphit, die Fluidführungsplatte (1) aus Tantal.The reaction is carried out in a microreactor according to FIG. 2. An intermediate plate ( 6 ) was used. The base, cover and intermediate plates are made of graphite, the fluid guide plate ( 1 ) from tantalum.
Fluidführungsplatte: Länge 30 cm, Breite 10 cm, Stärke 2000 µm,
Kapillarrillen: Breite 1500 µm, Tiefe 300 µm,
Stege: Breite 150 µmFluid guide plate: length 30 cm, width 10 cm, thickness 2000 µm,
Capillary grooves: width 1500 µm, depth 300 µm,
Bars: width 150 µm
Essigsäure sowie 15 mol-% Acetylchlorid werden zusammen kontinuierlich einem Mikrokapillarreaktor zugeführt. Es wird ein Durchsatz von 45 g/min Flüssigkeit eingestellt. Die Temperatur wird auf 180°C eingeregelt. Chlorgas wird bei einem Überdruck von 5 bar im Gleichstrom so durchgeleitet, das im Abgasstrom ein Anteil von 0,1% Chlor unterschritten wird. Das Abgas und das Produkt werden gemeinsam aus dem Mikrokapillarreaktor in einen Abscheidebehälter geführt, flüssige und gasförmige Phase dort getrennt. Durch die Reaktion mit Wasser werden in der flüssigen Rohsäure noch vorhandene Säurechloride und Anhydride zu den freien Säuren umgesetzt. Der entstehende Chlorwasserstoff wird abgeführt. Der Anteil Monochloressigsäure am flüssigen Reaktionsprodukt beträgt etwa 85%. Die nicht umgesetzte Essigsäure (Anteil 11-12%) wird bei 150 mbar und 80°C abdestilliert. Der Anteil an Dichloressigsäure liegt unter 0,05%. Eine weitere Reinigung ist somit nicht nötig.Acetic acid and 15 mol% acetyl chloride are continuously added together Microcapillary reactor supplied. There is a throughput of 45 g / min of liquid set. The temperature is adjusted to 180 ° C. Chlorine gas is at one Passed overpressure of 5 bar in direct current so that a share in the exhaust gas flow falls below 0.1% chlorine. The exhaust gas and the product will be led together from the microcapillary reactor into a separating tank, liquid and gaseous phase separated there. By reacting with water acid chlorides and anhydrides still present in the liquid crude acid implemented the free acids. The hydrogen chloride formed is removed. The The proportion of monochloroacetic acid in the liquid reaction product is about 85%. The unreacted acetic acid (11-12%) is at 150 mbar and 80 ° C distilled off. The proportion of dichloroacetic acid is less than 0.05%. Another Cleaning is therefore not necessary.
Die Reaktion wird in einem Mikroreaktor gemäß Fig. 2 durchgeführt. Es wurden drei Zwischenplatten (6) verwendet, also eine dreifach parallelisierte Anordnung. Die Boden-, Deckel-, und Zwischenplatten bestehen aus Graphit, die Fluidführungsplatte (1) aus Tantal.The reaction is carried out in a microreactor according to FIG. 2. Three intermediate plates ( 6 ) were used, that is, a triple parallel arrangement. The base, cover and intermediate plates are made of graphite, the fluid guide plate ( 1 ) from tantalum.
Fluidführungsplatte: Länge 30 cm, Breite 10 cm, Stärke 2000 µm,
Kapillarrillen: Breite 1500 µm, Tiefe 300 µm,
Stege: Breite 150 µmFluid guide plate: length 30 cm, width 10 cm, thickness 2000 µm,
Capillary grooves: width 1500 µm, depth 300 µm,
Bars: width 150 µm
Essigsäure sowie 20 mol-% Acetylchlorid werden zusammen kontinuierlich einem Mikrokapillarreaktor zugeführt. Es wird ein Durchsatz von 100 (2.50(!)) g/min Flüssigkeit eingestellt. Die Temperatur wird auf 170°C eingeregelt. Chlorgas wird bei einem Überdruck von 4 bar im Gegenstrom durchgeleitet. Das Abgas und das Produkt werden wie unter 1) beschrieben abgeführt, getrennt und aufgearbeitet. Der Anteil Monochloressigsäure am flüssigen Reaktionsprodukt beträgt etwa 85%. Der Anteil an Dichloressigsäure liegt unter 0,1%. Eine weitere Reinigung ist somit nicht nötig.Acetic acid and 20 mol% acetyl chloride are continuously added together Microcapillary reactor supplied. A throughput of 100 (2.50 (!)) G / min Liquid adjusted. The temperature is adjusted to 170 ° C. Chlorine gas is at an excess pressure of 4 bar in counterflow. The exhaust gas and that Product are removed as described under 1), separated and worked up. The The proportion of monochloroacetic acid in the liquid reaction product is about 85%. The The proportion of dichloroacetic acid is less than 0.1%. A further cleaning is therefore not necessary.
Die Reaktion wird in einem Mikroreaktor gemäß Fig. 2 durchgeführt. Es wurde eine Zwischenplatte (6) verwendet. Die Boden-, Deckel- und Zwischenplatten bestehen aus Graphit, die Fluidführungsplatte (1) aus Tantal.The reaction is carried out in a microreactor according to FIG. 2. An intermediate plate ( 6 ) was used. The base, cover and intermediate plates are made of graphite, the fluid guide plate ( 1 ) is made of tantalum.
Fluidführungsplatte: Länge 30 cm, Breite 10 cm, Stärke 2000 µm,
Kapillarrillen: Breite 1500 µm, Tiefe 300 µm,
Stege: Breite 150 µmFluid guide plate: length 30 cm, width 10 cm, thickness 2000 µm,
Capillary grooves: width 1500 µm, depth 300 µm,
Bars: width 150 µm
Essigsäure sowie 10 mol-% Acetylchlorid werden zusammen kontinuierlich einem Mikrokapillarreaktor zugeführt. Es wird ein Durchsatz von 50 g/min Flüssigkeit eingestellt. Die Temperatur wird auf 190°C eingeregelt. Chlorgas wird bei einem Überdruck von 6 bar im Gleichstrom durchgeleitet. Das Abgas und das Produkt werden wie unter 1) beschrieben abgeführt, getrennt und aufgearbeitet. Der Anteil Monochloressigsäure am flüssigen Reaktionsprodukt beträgt etwa 90%. Der Anteil an Dichloressigsäure liegt unter 0,05%. Eine weitere Reinigung ist somit nicht nötig.Acetic acid and 10 mol% acetyl chloride are continuously added together Microcapillary reactor supplied. There is a throughput of 50 g / min of liquid set. The temperature is adjusted to 190 ° C. Chlorine gas is at one Overpressure of 6 bar passed through in direct current. The exhaust gas and the product are discharged, separated and worked up as described under 1). The amount Monochloroacetic acid on the liquid reaction product is about 90%. The amount dichloroacetic acid is less than 0.05%. Further cleaning is therefore not necessary.
Bevor die Rohsäure I (Zusammensetzung ca. 85% Monochloressigsäure, ca. 3,5% Dichloressigsäure, ca. 11% Essigsäure, Rest: HCl, Acetylchlorid etc.) durch Schmelzkristallisation aufgereinigt werden kann, muß die Rohsäure I noch im Vakuum bei ca. 80°C und ca. 150 mbar von Leichtsiedern destillativ befreit werden. Dadurch wird die sog. Rohsäure II erhalten, welche dann durch Schmelzkristallisation aufgereinigt wird.Before the raw acid I (composition approx. 85% monochloroacetic acid, approx. 3.5% Dichloroacetic acid, approx. 11% acetic acid, remainder: HCl, acetyl chloride etc.) Melt crystallization can be purified, the crude acid I still in Vacuum at about 80 ° C and about 150 mbar freed from low boilers by distillation. This gives the so-called crude acid II, which is then obtained by melt crystallization is cleaned.
Die Rohsäure II mit ca. 3,5% Dichloressigsäure wird bei ca. 85°C in einen der Kristallisierer gefahren, innerhalb von ca. 8 h auf 26°C gekühlt, ca. 3 h lang temperiert und anschließend ca. 4 h lang aufgeschmolzen. Hierbei fallen ca. 65% Kristallisat (fertige Monochloressigsäure) mit einem Dichloressigsäuregehalt von ca. 1% sowie ca. 35% Mutterlauge an.The crude acid II with about 3.5% dichloroacetic acid is at about 85 ° C in one of the Crystallizer driven, cooled to 26 ° C within approx. 8 h, approx. 3 h tempered and then melted for about 4 hours. Here fall about 65% Crystallizate (finished monochloroacetic acid) with a dichloroacetic acid content of approx. 1% and about 35% mother liquor.
Die Rohsäure I kann direkt ohne vorherige Abtrennung der Leichtsieder aufgereinigt werden. Hierzu wird die Rohsäure I (Zusammensetzung 86,1% Monochloressigsäure, 2,5% Dichloressigsäure und 11,1% Essigsäure) bei ca. 130°C und ca. 30 NL/h Wasserstoff bei ca. 0,5 bar Wasserstoff-Überdruck durch mehrere Hydriertürme mit Katalysatorfestbett (1% Pd/C) geleitet (Verweilzeit insgesamt ca. 2 h). Mit frischem Katalysator wird hierbei eine Rohsäure mit einer Zusammensetzung von 85,6% Monochloressigsäure, 0% Dichloressigsäure und 14,3% Essigsäure, mit gebrauchtem Katalysator eine Rohsäure mit einer Zusammensetzung von 88,9% Monochloressigsäure, 0% Dichloressigsäure und 11,8% Essigsäure erhalten. Die Rohsäure muß anschließend noch bei ca. 80°C und ca. 150 mbar destillativ von Leichtsiedern befreit werden.The crude acid I can be purified directly without prior removal of the low boilers become. For this, the crude acid I (composition 86.1% Monochloroacetic acid, 2.5% dichloroacetic acid and 11.1% acetic acid) at approx. 130 ° C and approx. 30 NL / h hydrogen at approx. 0.5 bar hydrogen overpressure several hydrogenation towers with fixed catalyst bed (1% Pd / C) passed (residence time a total of approx. 2 h). With fresh catalyst, a crude acid with a Composition of 85.6% monochloroacetic acid, 0% dichloroacetic acid and 14.3% acetic acid, a crude acid with a used catalyst Composition of 88.9% monochloroacetic acid, 0% dichloroacetic acid and Obtained 11.8% acetic acid. The crude acid must then still be at approx. 80 ° C and approx. 150 mbar are freed from low boilers by distillation.
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