DE2141756B2 - Verfahren zur Herstellung von ChIorisocyanursäuren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von ChIorisocyanursäuren

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    • C07D251/02Heterocyclic compounds containing 1,3,5-triazine rings not condensed with other rings
    • C07D251/12Heterocyclic compounds containing 1,3,5-triazine rings not condensed with other rings having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
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Description

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Dichlorisocyanursär-e und Trichlorisocyanursäure werden üblicherweise durch Vermischen von Cyanur- +5 säure mit Natriumhydroxyd und folgende Chlorierung der Mischung durch Zugabe von Chlorgas bis zu einem pH-Wert zwischen 1,7 und 3,5 hergestellt. Nach der Chlorierung wird die Aufschlämmung filtriert und der Filterkuchen gewaschen und getrocknet.
Diese Chlorierungsreaktion ist sehr stark exotherm Und die Entfernung dieser Wärme stellt schwierige verfahrenstechnische Probleme dar, wenn das Verfahren zur Herstellung technischer Mengen des Produkts kontinuierlich durchgeführt wird. Wegen der Natur der vorliegenden Aufschlämmung verstopfen oft zur Regelung der Temperatur in dem Reaktionsgefäß angewendete Wärmeaiistauschvorrichtungen während des Betriebs und erfordern zahlreiche Stilllegungen zur Reinigung. Während dieser Stillegung hydrolysiert etwas von der in der Aufschlämmung anwesenden Cyanursäure unter Bildung von Ammoniak und Kohlendioxyd. Die Anwesenheit von Ammoniak in der Aufschlämmung darf nicht zugelassen werden, da es während der nachfolgenden Chlorierung zur Bildung von hochexplosivem Stickstofftrichlorid führt. Die gesamte Aufschlämmung muß daher verworfen werden, wenn eine Stillegung von einigen Stunden Dauer stattfindet. Ein solches Verwerfen der Reaktionsteilnehraer und Produkte stellt nicht nur einen störenden wirtschaftlichen Verlust dar, sondern auch ein schwieriges Problem für die Beseitigung.
Da die Aufschlämmung dazu neigt, sich zu zersetzen, wenn ihre Temperatur über 25" C ansteigt, ist wirksames Abkühlen der exothermen Chlorierungsreaktion unbedingt erforderlich, und die Wärmeaustauschvorricbtungen müssen sehr sauber gehalten werden.
Ein weiterer Nachteil, der mit diesem Verfahren nach dem Stand der Technik verbunden ist, ist die Einstellung des Molverhältnisses von Cyanursäure und Natriumhydroxyd innerhalb eines engen Bereiches, die erforderlich ist, wenn ein chloriertes Produkt mit einem gewünschten Chloranteil hergestellt werden soll. Da größere Schwankungen des Molverhältnisses nur kleine Schwankungen des ziemlich hohen pH-Werts verursachen, werden aufwendige Meßvorrichtungen und Dosierverfahren benötigt.
Es wurde nun gefunden, daß die Bildung wn Chlorisocyanursäurcn glatt vonstatten geht, wen;· man gemäß den Gleichungen
1. Cyanursäure + NaOCl + Cb —
Dichlorisocyanursäure + NaCI -f Hj(;
2. Cyanursäure + 1,5 NaOCl + 1,5 Ch Trichlorisocyanursäure + 1,5 NaCI
1,5 H2O
einen Teil des aktiven Chlors in Form von Natrium hypochlorit einsetzt. Dies hat einmal den Vorteil daß der größte Teil der Reaktionswärme bei der BiI dung dies Natriumhypochlorits entwickelt wird. welche wegen des Fehlens fester Produkte leicht abgeleitet werden kann, und zum anderen durch da-Molverhiiltnis Cyanursäure zu Natriumhypochlorii, welches leicht durch Messung des reativ niedrigen pH-Werts eingestellt werden kann, der Chlorierungsgrad genau festgelegt werden kann.
Nach dem Zusammengeben von Cyanursäure mil einem Teil oder der Gesamtmenge an Natriumhypochlorit wird gemäß den obigen Gleichungen durch Einleiten von Chlor bis zu einem pH-Wert von 1,7 bis 3,5 zu Ende chloriert.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Chlorisocyanursäuren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Cyanursäure und Natriumhypochlorit bei einer Temperatur über etwa
00 C umgesetzt werden und so laivge Chlor eingeleitet wird bis der pH-Wert zwischen 1,7 und 3,5 liegt.
Das Verhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit regelt den Clorierungsgrad der Cyanursäure. Dichlorisocyanursäure mit einem verfügbaren Chloranteil, der dem theoretischen Wert von 71,6 Gewichtsprozent sehr nahe kommt, wird erzeugt, wenn das Molverhällnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorii etwa 1 : 1 beträgt. Wenn das Molverhältnis unter 1 : 1 liegt, verringert sich die Ausbeute an Dichlorisocyanursäure, und eine Mischung von Cyanursäure und Dichlorisocyanursäure wird erzeugt, die für bestimmte Verwendungszwecke zweckmäßig ist. Liegt dieses Verhältnis etwa zwischen 1 : 1 und
1 : 1,7, so wird eine Mischung von Dichlorisocyanursäure und Trichlorisocyanursäure erzeugt, die für bestimmte Verwendungszwecke brauchbar ist. Beträgt das Molverhältnis etwa 1 : 1,7, so wird Trichlorcyanursäure mit einem verfügbaren Chloranteil,
2 Ul 756
der in der Nähe des theoretischen Werts von 9J,5 Gewichtsprozent Hegt, erzeugt. Wenn das MolverhUltnis über etwa I : !,7 liegt, besteht ein Überschuß an Natriumhypochlorit, der unökonomisch ist, aber andererseits die Herstellung der Trichlorisocyanursäure nicht stört.
Vorzugsweise wird erfindungsgemäß solange Chlor zu der Mischung mit der Cyanursäure und dem Natriumhypochlorit zugesetzt, bis der pH-Wert zwischen etwa 2,5 und 3,5 liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann entweder ansatzweise oder kontinuierlich und durch Zusammengeben der Reaktionsteilnehmer auf mehrere verschiedene Arten duchgeführt werden, da die Reihenfolge der Kombination der Reaktionsteilnehmer nicht entscheidend ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden jedoch die Cyanursäure und das Natriumhypochlorit in einem Molverhältnis, das von dem gewünschten Produkt anhängt, zuerst vermischt, und dann wird die Mischung mit Chlor chloriert, bis man einen pH-W crt zwischen etwa 2,5 und 3.5 erhält. Mit dieser bevorzugte Reihenfolge bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Dichlorisocyanursäure erzeugt, wenn das Molverhältnis etwa 1 : 1 beträgt. Wird die Cyanursäure und das Natriumhypochlorit in einer solchen Mensie vermischt, daß der pH-Wert der Mischung zwischen etwa 8,4 und 9,0 liegt, so beträgt das Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit etwa 1:1, falls das Natriumhypochlorit nicht viel Ätzalkali enthält, d. h., daß der ph-Wert von Natriumhypochlorit z- ischen etwa 9 und 12 liegen muß. Diese Abhängigkeit zwischen pH-Wert und bevorzugtem Molverhältnis vermittelt durch das erfindung gemäße Verfahren die Möglichkeit, sehr reine Dichlorisocyanursäure in technischen Mengen ökonomisch herzustellen, ohne aufwendige Meßvorrichtungen oder Dosierungsverfahren, was vorher erforderlich war. Dieses Molverhältnis von etwa 1 : 1 stellt auch das bevorzugte Anfangsverhältnis zur Herstellung von Trichlorisocyanursäure dar, wobei das erforderliche zusätzliche Natriumhypochlorit zur Erhöhung des Molverhältnisses auf etwa 1 : 1,7 während der Chlorierung (siehe Beispiel 5) zugegeben wird.
Die Arbeitstemperatur des Chlorierungsveifahrens sollte über 00C vorzugsweise unter etwa 25: C liegen. Die besonders bevorzugte Arbeitstemperatur liegt bei etwa 15° C. Die entstandene Aufschlämmung enthält das Produkt aus chlorierter Cyanursäure, die abfiltriert und gewaschen werden kann.
Das als Reaktionsteilnehmer verwendete Natriumhypochlorit ist gewöhnlich durch Behandlung von Natriumhydroxyd mit Chlor hergestellt worden.
Beispiel 1
Die angewendete Vorrichtung bestand aus zwei Reaktionsgefäßen, die jeweils mit einer mechanischen Rührvorrichtung, pH-Elektroden, einem Thermometer und einer derart eingestellten Überlauföffnung ausgestattet waren, daß für jedes Reaktionsgefäß ein Arbeitsvolumen von 600 ml erhalten wurde. Jedes Reaktiunsgefäß wurde in ein Eisbad gegeben, wobei der Überlauf des ersten Reaktionsgefäßes in das zweite Reaktionsgefäß geleitet wurde. Eine wäßrige Lösung von Natriumhypochlorit (10,86 Gewichtsprozent; NaOCl) wurde hergestellt, indem man eine wäßrige Lösung von Natriumhydroxyd bis zu einem nH-Wert von etwa 10,5 chlorierte.
Eine Cyanursäure-Aufschlämmung mit 313 g Cyanursäure in 1689 g Wasser wurde mit einer Geschwindigkeit von 55 mVmin in das erste Reaktionsgefäß gepumpt. Die Lösung von Natriumhypacrr.orit
wurde gleichzeitig hinzugefügt. Der pH-Wert des Inhalts des ersten Reaktionsgefäßes wurde ständig überwacht, und die Geschwindigkeit der Nalriurnhypochlorit-Zugabe wurde so eingestellt, daß der pH-Wert des Inhalts des ersten Reaküonsgefäßes
ίο zwischen etwa 8,80 und 8,95 gehalten wurde. Dies entspricht einem Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypocfalorit von etwa 1 : 1. Die entstandene Mischung in dem ersten Reaküonsgefäß gelangte nach dem Überlauf in das zweite Reaktionsgefäß, das am Anfang 300 ml Wasser enthielt. Der pH-Weri des Inhalts des zweiten Reaküonsgefäßes wurde ständig überwacht, und Chlorgas wurde mit einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß der pH-Wert des Inhalts des zweiten Reaküonsgefäßes zwisehen etwa 3.0 und 3,4 gehalten wurde. Die Temperatur der Reaktionsmischung in beiden Reaktionsgefäßen wurde zwischen etwa 14 und 16 C gehalten. Die Aufschlämmung, die aus dem zweiten Reaktionsgefäß überlief, wurde filtriert und das Festprodukl gesammelt.
Nachdem die gesamte Beschickung an Cyanursäure-Aufschlämmung in das erste Reaktionsgefäß gegeben worden war, wurde die Zugabe von Natriumhypochlorit gestoppt, und der Inhalt des ersten Reaktionsgefäßes wurde bis zu einem pH-Wert zwischen etwa 3,0 und 3,4 chloriert. Die Reaktionsmischungen, die in beiden Reaktionsgefäßen zurückblieben, wurden filtriert und die entstandenen Filterkuchen zweimal mit 400 g Wasser gewaschen. Die Filterkuchen wogen nach dem Trocknen zusammen 418 g, was eine Ausbeute von 87,1% bezogen auf die Menge an verwendeter Cyanursäure, darstellt. Der getrocknete Filterkuchen ergab bei der Analyse 71,4% verfügbares Chlor, was ein Hinweis auf sehr reine Dichlorisocyanursäure ist (Theorie für reine Dichlorisocyanursäure ist 71,6% verfügbares Chlor). Eine Gesamtmenge von 182 g (2,58 Mol) an Natriumhypochlorit wurde verwendet, was ein Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit von etwa 1 : 1,06 ergibt. Dies zeigt, wie genau das Molverhältnis durch Einstellen des pH-Werts der Mischung von Cyanursäure und Natriumhypochlorit geregelt werden kann.
B e i s ρ i e 1 2
Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde angewendet, mit der Ausnahme, daß die Geschwindigkeit der Zugabe von Natriumhypochlorit so vcrringen wurde, daß der pH-Wert des Inhalts des ersten Reaktionsgefäßes zwischen etwa 7,8 und 7.9 gehalten wui de. Dies ergab ein Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit von etwa 1 : 0,95. Der getrocknete Filterkuchen ergab bei der Analyse
70,6% verfügbares Chlor, was dem theoretischen Wert für Dichlorisocyanursäure wieder sehr nahe kommt, aber die Anwesenheit von etwas unchlorierter Cyanursäure zeigte. Die Ausbeute fiel von 87,1% auf 71,4%.
Beispiel 3
Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde angewendet, mit der Ausnahme, daß die Geschwindig-
kett der Zugabe von Natriumhypachlorit so verringert wurde, daß der pH-Wert des Inhalts des ersten ReaktionsgefUßes zwischen etwa 9,1 und 9,3 gehalten wurde. Dies ergab ein Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit von etwa 1:1,11. Der getrocknete Filterkuchen ergab bei der Analyse 72,9»/o verfügbares Chlor, was anzeigt, daß eine Mischung von Dichlorisocyanursäure und Trichlorisocyanursäure heigestellt worden war. Die Produktenausbeute betrug 86,3%.
Beispiel 4
Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde angewendet, mit der Ausnahme, daß die Zufuhrgeschwindigkeit von Natriumhypochlorit so gesteigert wurde, daß das Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit etwa 1 : 1,7 betrug (der pH-Wert war etwa 10,1). Die Geschwindigkeit der Chlorzufuhr in das zweite Reaktionsgefäß wurde so eingestellt, daß der pH-Wert des Inhalts des zweiten Reaktionsgefäßes zwischen etwa 2,5 und 3,5 lag. Der getrocknete Filterkuchen ergab bei der Analyse 9O,9n/o verfügbares Chlor (der theoretische Wert für Trichlorisocyanursäure ist 91,5·/η). Die Produktenausbeute von Trichlorisocyanursäure betrug 80,2», o.
Beispiel 5
Eine Beschickungslösung, die 1,0 Mol Cyanursäure und 1,03 Mol Natriumhypochlont in 120(,g Wasser enthielt, wurde hergestellt. Eine zweite Beschickungslösung wurde hergestellt d.e 0 67 Mo Natriumhypochlorit als wäßrige Losung (11,8- o)
ίο enthielt. Die beiden Beschickungslösungen wurden eleichzeitig in einer solchen Menge in ein Reaktion:,-eefäß geleitet, daß das Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit etwa 1,0 bis 1,7 betrug. Zur gleichen Zeit wurde Chlorgas mit einer solchen
Geschwindigkeit kontinuierlich zugegeben, daß der nH-Wert des Inhalts des Reaktionsgefaßes zwischen etwa 2 5 und 3,5 gehalten wurde. Die entstandene Aufschlämmung wurde filtriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute von Tnchlor-
,o isocyanursäure betrug 89,5% (208 g) und e-gab !-:. der Analvse 91.5« » \erfügbares Chlor, (der theoretische Wert für reir^ Trichlorisocyanursäure ι ' 91.5n/n).

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Chlorisocyanursäuren, dadurch gekennzeichnet, daß man Cyanursäure je nach gewünschtem Chlorierungsgrad mit bestimmten Mengen an Natriumhypocblorit umsetzt und so lange Chlor einleitet, bis der pH-Wert zwischen etwa 1,7 und 3,5 liegt, wobei dach Endmolverbältnis Cyanur- »q säure zu Natriumhypochlorit zur Erzielung von reiner Dichlorisocyanursäure etwa 1 : 1 und bei der praktisch ausschließlichen Bildung von Trichlorisocyanursäure 1 : 1,7 betragen muß.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Cyanursäure und das Natriumhypochlorit kontinuierlich kombiniert und dann kontinuierlich bei einem pH-Wert zwischen etwa 2,5 und 3,5 und einer Temperatur von etwa 14 bis 16° C hloriert werden.
3. Verfahren zur Herstellung von Trichlorisocyanursäure nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Cyanursäure und Natriumhypochlorit anfänglich in einem Molverhältnis von etwa 1 : 1 anwesend sind und danach während der Umsetzung mit Chlor eine solche Menge an Natriumhypochlorit zugesetzt wird, daß das resultierende Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit bei etwa 1:1 ,T liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anfängliche Molverhältnis von Cyanursäure zu Natriumhypochlorit dadurch auf etwa 1 : 1 eingestellt wird, daß das Natriumhypochlorit und die Cyanursäure bis zu einem pH-Wert der Kombination zwischen etwa 8,0 und 9,0 zusammengegeben werden.
DE2141756A 1970-08-21 1971-08-20 Verfahren zur Herstellung von Chlorisocyanursäuren Expired DE2141756C3 (de)

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