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Beschreibung zu der Patentanmeldung betreffend Verfahren zur Herstellung
von Alkylenoxid-Addukten Die Erfindung betrifft ein VeiftJiren zur Hersteliung von
Alkylenoxid-Addukten eines aliphatischen Alkohols, wobei der Alkohol durch Oxidation
in der flüssigen Phase eines gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffs mit 8
bis 20 Kohlenstoffatomen in Gegenwart einer Borverbindung durch Berührung mit einem
molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas erhalten worden ist.
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Es ist bekannt, daß bei der Additionsreaktion von Alkylenoxiden an
Alkohole in Gegenwart eines sauren Katalysators die Alkoholumwandlung aus wirtschaftlichen
Gesichtspunkten 3o bis 80 betragen muß. Es ist daher notwendig, die nicht umgesetzten
Alkohole beispielsweise durch Destillation wiederzugewinnen und in das Reaktionssystem
zurückzuführen.
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Nicht nur durch Oxidation von Kohlenwasserstoffen erhaltene Alkohole,
sondern Alkohole allgemein können Verunreinigungen wie Carbonylverbindungen und
Kohlenwasserstoffe enthaltenes welche sich mit dem Alkylenoxid nicht umsetzen. Solche
Verunreinigungen sammeln sich bei der Zurückführung der wiedergewonnenen Alkohole
in
dem System an, wodurch der Erhalt eines Produktes mit.
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gleichförmiger Qualität erschwert wird, wenn die Reaktion bei den
gleichen Bedingungen weitergeführt wird. Wenn nämlich die Reaktion weitergeführt
oder wiederholt wird, dann steigt der Gehalt der Verunreinigungen allmählich an,
so daß hierdurch die durchschnittliche Molzahl des zugegebenen Alkylenoxids (nachstehend
als fi bezeichnet) je Mol Alkohol in dem Produkt allmählich variiert. Zum Erhalt
eines Produkts mit gleichförmiger Qualität ist es daher erforderlich, die Beschickungsge
schwindigkeit des frischen Alkohols und/oder des Alkylenoxids kontinuierlich einzustellen,
und das Materialgleichgewicht bei der Abtrennungsstufe des nicht umgesetzten Alkohols
und der Verunreinigungen, beispielsweise durch Destillation, zu variieren. Nachteiligerweise
ist es schwierig, die Verunreinigungen vollständig abzutrennen, da die Beziehung
ihrer Siedepunkte zu demjenigen des Alkohols und der am Schluß angesammelten Verunreinigungen
eine Zurückführung des gewonnenen Alkohols undurchführbar machen.
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Wenn die in den rohen Alkoholen enthaltenen Verunreinigungen lediglich
Carbonylverbindungen oder Olerinverbindungen sind, dann kann in der Reinigungsstufe
eine Hydrierungsbehandlung durchgeführt werden.
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Eine derartige Behandlung ist zwar in der Praxis schon verwendet worden,
um die Färbung und den Geruch der Produkte zu verbessern, ist aber nicht imstande,
eine vollständige Entfernung der in rohen Alkoholen enthaltenen Verunreinigungen,
beispielsweise der Kohlenwasserstoffe, zu bewirken.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einem Herstellungsverfahren für Alkylenoxid-Addukte
von aliphatischen Alkoholen mit gleichförmig guter Qualität, bei welchem eine Entfernung
der angesammelten Verunreinigungen wirtschaftlich und wirksam bewerkstelligt werden
kann.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren
zur
Verfügung zu stellen.
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Die vorliegende Erfindung zieht somit ein Verfahren zur Herstellung
von Alkylenoxid-Addukten von aliphatischen Alkoholen in Betracht, bei welchem ein
gesättigter aliphatischer Alkohol mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen mit einem Alkylenoxid
mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen in Gegenwart eines sauren Katalysators umgesetzt wird
und bei welchem nicht umgesetzter Alkohol, der Verunreinigungen wie Kohlenwasserstoff
und Carbonylverbindungen enthält, aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt werden.
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Gemäß-der Erfindung ist nun vorgesehen, daß man (a) mindestens einen
Teil des nicht umgesetzten Alkohols mit einer Borsäure zu einem Boratester des Alkohols
verestert, (b) aus dem Veresterungsgemisch die genannten Verunreinigungen entfernt,
(c) den auf diese Weise erhaltenen Boratester zur Gewinnung des Alkohols einer Hydrolyse
unterwirft und daß man (d) den gewonnenen Alkohol in die Stufe der Adduktbildung
zurückführt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden somit Alkylenoxid-Addukte
von aliphatischen Alkoholen mit gleichförmig guter Qualität aus einem aliphatischen
Alkohol mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen hergestellt, der Verunreinigungen enthält,
die mit dem Alkylenoxid nicht reagieren. Diese Addukte werden erhalten, indem man
(1) den Alkohol mit der vorgewählten Menge des Alkylenoxids in Gegenwart des sauren
Katalysators umsetzt (diese Stufe soll nachstehend als "Alkoxylierung" abgekürzt
werden), (2) nicht umgesetzten Alkohol beispielsweise durch Destillation aus dem
Reaktionsgemisch wiedergewinnt, und zwar erforderlichenfalls
nach
Entfernung des Katalysators und einiger Nebenprodukte, die bei der Alkoxylierung
gebildet werden, (5) den gesamten wiedergewonnenen Alkohol oder einen Teil desselben
mit einer Borsäure umsetzt, (4) den erhaltenen Borsäureester von den Verunreinigungen
abtrennt, (5) den abgetrennten Boratester zur Freisetzung des Alkohols hydrolysiert
und (6) den auf diese Weise erhaltenen Alkohol, erforderlichenfalls nach Entfernung
von Feuchtigkeit in Kombination mit dem anderen Teil des wiedergewonnenen Alkohols,
der nicht der Veresterungsreaktion unterworfen wird, in die Alkoxylierungsstufe
zurückführt.
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Bei dem obigen Verfahren nimmt bei der Weiterführung des Betriebs
die Konzentration der Verunreinigungen in dem zurückgeführten Alkohol bis zu einem
bestimmten Wert zu, bleibt aber danach konstant. Die in dem Rohmaterial enthaltenen
Verunreinigungen bewirken daher nicht die Schwierigkeiten, wie sie oben im Zusammenhang
mit dem Stand der Technik beschrieben wurden.
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Es ist daher möglich, erfindungsgemäß ein Produkt mit gleichförmig
guter Qualität wirtschaftlich und kontinuierlich herzustellen, da die Alkoxylierungsreaktion
und die Wiedergewinnung des nicht umgesetzten Alkohols gleichförmig durchgeführt
werden kann.
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Weiterhin ist es gemäß der Erfindung möglich, wirtschaftlich und kontinuierlich
Allzlenoxid-Addukte von Alkoholen mit gleichförmig guter Qualität herzustellen,
indem man das obige Verfahren in Kombination mit dem Oxidationsprozess der gesättigten
aliphatischen Kohlenwasserstoffe zu den Alkoholen anwendet. Das Verfahren der Erfindung
ermöglicht es daher, direkt Alkylenoxid-Addukte von gesättigten aliphatischen Alkoholen
aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen ohne besondere Prozesseinheiten direkt herzustellen,
wobei die in den Alkoholen enthaltenen Verunreinigungen, welche bis lang verworfen
werden rnußten, verwertet werden.
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Die Erfindung. soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1: ein Fließschema, das
die Grundzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, Fig. 2: ein Fließschema,
das eine Ausfürungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kombination mit der
Herstellung des Alkohols darstellt und Fig. ): ein Fließschema, das eine weitere
Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kombination mit der Herstellung
des Alkohols darstellt.
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Die.Fig. 1 zeigt, daß in der AlkoxylierungsstuSe zu dem Alkohol ein
saurer Katalysator und ein Alkylenoxid gegeben werden.
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Als Ausgangsalkohol kann jeder beliebige gesättigte aliphatische Alkohol
mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen im Molekül verwendet werden. Im allgemeinen können
geeigneterweise Alkohole als solche verwendet werden, die durch eine Oxidation in
der flüssigen Phase von geradkettigen gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen
mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen je Molekül durch ein Sauerstoff enthaltendes Gas
in Gegenwart von Borverbindungen erhalten worden sind. Als Alkylenoxide können solche
verwendet werden, die 2 bis 4 Kohlenstoffatome Je Molekül enthalten, wobei Äthylenoxid
und Propylenoxid bevorzugt werden. Man kann auch mit Gemischen von 2 oder mehreren
dieser Alkylenoxide arbeiten.
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Als saure Katalysatoren sind Mineralsäuren wie Schwefelsäure und Phosphorsäure
oder Lewis-Säuren oder Friedel-Crafts Katalysatoren geeignet.
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Unter diesen Katalysatoren sind die geeignetsten: Bortrifluorid und
seine Komplexe, beispielsweise mit Methanol, Athanol, Isopropanol, Butanolen, Athyläther,
n-Butyläther, Phenyläther, Essigsäure, Propionsäure, Phenol, Monomethylamin, Monoäthylamin,
Dimethylamin, Triäthylamin oder Piperidin, sowie Zinnehloride und Antimonchloride.
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Das Molverhältnis von Alkohol zu Alkylenoxid, welche zur Alkoxylierung
in die Reaktionszone eingespeist werden, beträgt, obgleich es entsprechend mit ñ
des Endprodukts variiert, o,5 bis 4, vorzugsweise o,8 bis 2,o, da ñ durch die Natur
der Säure katalysierten Alkoxylierung gewöhnlich auf 1 bis 6 beschränkt ist. Der
saure Katalysator wird gewöhnlich in Mengen von o,ol bis 1 Gew.-% vorzugsweise 0,05
bis o,5 Gew.-%3 bezogen auf das Gewicht des Alkohols, verwendet.
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Die Umsetzung kann entweder absatzweise oder kontinuierlich -führt
werden. Im Falle des absatzweisen Betriebs ist es zweckmäßig, zuerst den Alkohol
und den Katalysator in ein gerührtes Reaktionsgefäß zu geben und hierauf langsam
das Alkylenoxid zuzusetzen.
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Im Falle des kontinuierlichen Betriebs ist es zweckmäßig, den den
Katalysator enthaltenden Alkohol durch einen robrförinigen Reaktor zu leiten, während
das Alkylenoxid durch ein oder mehrere Uffnungen zugegeben wird, die in der Wand
des rohrförmigen Reaktors angeordnet sind. Die Bedingungen hinsichtlich der Temperatur,
des Drucks, der Reaktionszeit und dergleichen können entsprechend der Art und der
Mengen des rohen Alkohols, des Alkylenoxids und des Katalysators ausgewählt werden.
Gewöhnlich wird eine Reaktionstemperatur gewählt, die im Bereich zwischen Raumtemperatur
(2000) und loo°Qliegt.
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Nach der Alkoxylierung werden gewünschtenfalls der Katalysator und
die Nebenprodukte aus dem Reaktionsgemisch entfernt. Der Katalysator kann durch
Neutralisierung und anschließende Filtration des Reaktionsgemisches oder durch Extraktion
mit Wasser entfernt werden. Unter den Nebenprodukten der Alkoxylierung können die
wasserlöslichen Polyalkylenglykole und die Dioxane durch Extraktion mit Wasser entfernt
werden.
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Die Destillation stellt die geeignetste Maßnahme zur kriedergewinnung
des nicht umgesetzten Alkohols dar, wobei das Alkylenoxid-Alkohol-Addukt als Rückstand
gewonnen wird. Der wiedergewonnene
Alkohol wird ganz oder teilweise
mit einer Borsäure verestert. Obgleich die Qualität des Endprodukts um so höher
wird, je größer das Verhältnis der veresterten wiedergewonnenen Alkohole ist, wird
es aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus doch bevorzugt, 1 bis 50 des wiedergewonnenen
Alkohols der Veresterung zu unterwerfen.
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ImFalle der Wiedergewinnung des nicht umgesetzten Alkoholes, durch
Destillation werden die Ziele der vorliegenden Erfindung wirksamer erreicht, wenn
man der Veresterung einen Vorlauf unterwirft, der 1 bis 20% des gesamten Destillats
ausmacht. Im Beispiel 2 wurde der wiedergewonnene Alkohol in dieser Weise behandelt.
Der erhältliche Vorteil wird ersichtlich, wenn man die Ergebnisse des Beispiels
2 mit denjenigen des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 vergleicht.
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Die bei der Veresterung verwendeten Borsäuren umfassen Orthoborsäure,
Metaborsäure, Pyroko-saure und Borsäureanhydrid. Gewöhnlich wird jedoch Orthoborsäure
bevorzugt. Die Borsäure kann in solchen Mengen verwendet werden, daß o,3 bis 5,
vorzugsweise o,4 bis 1,5 Grammatome vom Boratom je Mol Alkohol zur Verfügung gestellt
werden.
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Die Veresterung erfolgt gewöhnlich in einem gerührten Reaktionsgefäß
bei Temperaturen von loo bis 2000Cbei vermindertem Druck oder in der Atmosphäre
eines Inertgases, beispielsweise von Stickstoffgas, wobei eine unmittelbare Entfernung
des freigesetzten Wassers vorgesehen ist, wenn dieses als Ergebnis der Veresterung
anfällt. Reaktionszeiten von lo bis loo Minuten sind gewöhnlich zufriedenstellend.
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Die Abtrennung der Verunreinigungen aus dem Veresterungsprodukt erfolgt
geeigneterweise durch eine gewöhnliche Destillation. Die Verunreinigungen werden
als Destillat entfernt, wobei der Borsäureester des Alkohols als Rückstand gewonnen
wird. Die Destillation wird vorzugsweise bei vermindertem Druck durchgeführt, um
eine
thermische Zersetzung des Produkts zu minimalisieren.
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Noch bessere Ergebnisse werden bei Verwendung eines Dünnfilm-Verdampfers
aufgrund der kürzeren Verweilzeit erhalten. Die Destillation. kann in Gegenwart
eines inerten Lösungsmittels mit niedrigerem Siedepunkt als die Vrunreinigungen
durchgeführt werden, um das Entweichen der Verunreinigungen zu unterstützen.
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Das Destillat enthält Verunreinigungen, die von dem rohen Alkohol
herrühren und die während der Alkoxylierung nicht umgesetzt zurückbleiben. Diese
Verunreinigungen stellen im allgemeinen Kohlenwasserstoffe und Carbonylverbindungen
dar. Obgleich die Verunreinigungen in den meisten Fällen verworfen werden, können
sie auch gute Verwendung finden, wie es nachstehend im Zusammenhang mit den Figuren
2 und 3 beschrieben wird.
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Die auf diese Weise als Rückstand in dem Destillationsgefäß erhaltenen
Borsäureester werden hierauf hydrolysiert. Die Hydrolyse kann auf verschiedene Arten
durchgeführt werden, beispielsweise absatzweise in einem gerührten Tank, kontinuierlich
oder mittels eines Gegenstrom-Extraktors. Das Wasser wird vorzugsweise in einem
Gewichtsverhältnis Wasser zu Rückstand von lo : 1 bis 1 : lo angewendet. Die Temperatur
kann innerhalb des Bereichs von Raumtemperatur (2000) bis 2000C variiert werden.
Manchmal ist es vorteilhaft, die Hydrolyse bei Temperaturen oberhalb 100°C und unter
Druck vorzunehmen.
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Der bei der Hydrolyse erhaltene Alkohol scheidet sich als ölige Schicht
von der wässrigen Borsäurelösung ab. Aus der wässrigen Borsäurelösung wird Borsäure
wiedergewonnen, die in die Veresterungsstufe zurückgeführt wird, während die Mutterlauge
von der Wiedergewinnung der Borsäure in die Hydrolysestufe zurückgeschickt wird.
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Der auf diese Weise erhaltene Alkohol wird mit dem Rest der wiedergewonnenen
Alkohole, die nicht verestert worden sind, kombiniert und erforderlichenfalls nach
Entfernung von Feuchtigkeit
in die Alkoxylierungsstufe zurückgeführt.
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Wie bereits ausgeführt, werden bei dem Verfahren der Erfindung die
Verunreinigungen mit gleichen oder-ähnlichen Siedepunkten wie der wiedergewonnene
Alkohol im wesentlichen vollständig als'niedrig siedende Fraktion während der Destillation
entfernt, da die Fraktion des nicht umgesetzten Alkohols, die aus dem Alkoxylierungsgemisch
nach Beendigung der Reaktion abgetrennt wird, ganz oder teilweise mit einer'Borsäure
verestert und hierauf einer Destillation unterworfen wird, um den wiedergewonnenen
Alkohol als Rückstand in Form eines Borsäureesters abzutrennen. Somit können während
der Reinigung des gewonnenen Alkohols die Verunreinigungen bis zu dem gewünschten
Ausmaß entfernt werden, so daß die Reinheit des in die Alkoxylierungsstufe zurückgeführten
Alkohols konstant wird.
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Dies ermöglicht es, kontinuierlich Alkylenoxid-Addukte von aliphatischen
Alkoholen mit gleichförmig guter Qualität herzustellen, ohne daß eine Einstellung
der Reaktionsbedingungen für die Alkoxylierung und der Bedingungen für die Wiedergewinnung
des nicht umgesetzten Alkohols vorgesehen ist. Das Beispiel 1 und das Vergleichsbeispiel
1 zeigen den einfachsten Vergleich des Verfahrens der Erfindung mit dem herkömmlichen
Verfahren. Dieser Vergleich ergibt ohne weiteres die Überlegenheit des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Es ist vorteilhafter, das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit
der Herstellung der aliphatischen Alkohole durch Oxidation der entsprechenden geradkettigen,
gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen je Molekül
mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas in flüssiger Phase und in Gegenwart
einer Borverbindung zu kombinieren. Der Oxidation sind alle beliebigen aliphatischen
Kohlenwasserstoffe mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen zugänglich. Geeigneterweise werden
n-Octan, n-Nona, n-Decan, n-Undecan, n-Dodecan, n-Tridecan, n-Tetradecan, n-Pentadecan,
n-Hexadecan, n-Heptadecan und n-Octadecan verwendet. Beim technischen Betrieb können
geeigneterweise
Gemische von zwei oder mehreren solcher Kohlenwasserstoffe
mit lo bis 16 Kohlenstoffatomen verwendet werden.
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Als Borverbindungen können außer den Borsäuren alle solche Borverbindungen
verwendet werden, die bei Berührung mit Wasser Borsäuren ergeben. Bevorzugte Verbindungen
sind Orthoborsäure, Metaborsäure, Borsäureanhydrid, deren Salze, -Boratester und
Boroxine.
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Die Fließschemen der Fig. 2 und der Fig. 3 zeigen solche Kombinationen.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2 wird in einer Oxidationsstufe (a) ein aliphatischer
Kohlenwasserstoff in flüssigem Zustand in Gegenwart von 1 bis 5 Gew.- einer Borverbindung,
berechnet als Metaborsäure, bezogen auf das Gewicht des Kohlenwasserstoffs, mit
einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas oxidiert. Ein solches ist z.B. ein
Gasgemisch von ? bis 21 Volumen- molekularem Sauerstoff in einem Inertgas wie Stickstoffgas.
Die Umsetzung geschieht bei Temperaturen von 140 bis 2000C, vorzugsweise bei 150
bis 190°C, Die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe wird gewöhnlich auf höchstens 30,
vorzugsweise lo bis 20X, beschränkta um den Alkohol in hoher Ausbeute zu erhalten.
Die Reaktionszeit erstreckt sich von o,5 bis 4 Stunden, vorzugsweise 1 bis 7 Stunden.
Bei der Veresterungsstufe (b) wird das Oxidationsgemisch bei vermindertem Druck
oder in der Atmosphäre eines inerten Gases 10 bis 100 Minuten gewöhnlich bei Temperaturen
von 100 bis 200°C, vorzugsweise bei Temperaturen in der Nähe der Oxidationstemperatur,
gehalten. Die Veresterungsstufe wird zusätzlich zur Vervollständigung der Veresterung
des Oxidationsprodukts zur Umwandlung eines Teils des wiedergewonnenen Alkohols
durchgeführt, der von der Alkoxylierungsstufe zurückgeführt wird. Wenn die Borverbindung
in dem System in ungenügender Menge vorhanden ist, dann muß sie in dieser Stufe
dem System zugefügt werden. Bei der folgenden Destillationsstufe (c) wird nicht
umgesetzter Kohlenwasserstoff zusammen mit flüdLigen Nebenprodukten abdestilliert.
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Die Destillation wird vorzugsweise bei niedrigst möglichen Temperaturen
und demgemäß bei vermindertem Druck durchgeführt.
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Es ist zweckmäßig, die Destillation in zwei Stufen durchzuführen,
um die Verweilzeit des ausströmenden ProdUkts zu verkürzen und dabei die zweite
Stufe in einem Dünnfilm-V4rdampfer durchzuführen. Das Destillat wird in die Oxidationsstufe
zurückgeführt, und zwar vorzugsweise, nachdem die Reinheit der Kohlenwasserstoffe
in dem Destillat durch Verseifung oder eine hydrierende Behandlung (d) erhöht worden
ist.
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Die Hydrolyse (e) des als Rückstand erhaltenen Borsäureesters des
Alkohols erfolgt in ähnlicher Weise wie bei dem Verfahren gemäß Fig. 1. In der Abtrennungsstufe
(f) wird Borsäure von der wässrigen Lösung, die sich bei der vorhergegangenen Hydrolysestufe
(e) abgeschieden hat, durch Kristallisation wiedergewonnen, und erforderlichenfalls
nach einer Entwässerung in die Oxidationsstufe zurückgeführt, während die Mutterlauge
zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit in die Hydrolysestufe zurückgeführt werden
kann.
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Der Alkohol, der sich als ölige Schicht bei der Hydrolysestufe abgeschieden
hat, wird sodann auf .verschiedene Arten gereinigt (g). So wird er beispielsweise
gewöhnlich durch eine Destillation gereinigt, die auf solche Nachbehandlungen folgt,
wie beispielsweise eine Verseifung mit einem Alkalihydroxid wie Kaliumhydroxid oder
Natriumhydroxid, Waschen mit Wasser, oder hydrierende Behandlung mit Wasserstoff
in Gegenwart von Metallkat-alysatoren. Die Reinigungsmethode besteht aus den Stufen
der Verseifung, des Waschens mit Wasser und der Destillation. Die Kombination dieser
Reihenfolge wie in Fig. 2 angezeigt,ist lediglich beispielshaft. Es ist daher naturgemäß
auch möglich, diese Reinigung unter Verwendung von anderen Variationen durchzuführen.
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Die Alkoxylierungsstufe (h), die Katalysatorentfernung (i) und die
Destillation (j) werden in gleicher Weise wie im Zusammenhang
mit
Fig. 1 beschrieben durchgeführt.
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Die bei der Destillation des Produkts der Stufe (j) wiedergewonnenen
Alkohole können entweder ganz oder zum Teil entweder in die Oxidationsstufe (a),
die Veresterungsstufe (b) oder die Destillationsstufe (c) zurückgeführt werden (k),
obwohl es zur Vermeidung von unerwünschten Nebenreaktionen des wiedergewonnenen
Alkohols und zur Vervollständigung der Veresterung besonders zweckmäßig ist, die
Zurückführung in die Veresterungsstufe (b) vorzunehmen. Im Falle der Verfahrensführung,
bei welcher die Veresterungsstufe (b) weggelassen wird, kann der Alkohol in die
Oxidationsstufe (a) oder die Destillationsstufe (c) zurückgeführt werden. Der Rest
des wiedergewonnenen Alkohols, der nicht in die Oxidationsstufe (a), die Veresterungsstufe
(b) oder die Destillationsstufe (c) zurückgeführt wird, wird gegebenenfalls nach
einer Entwässerung oder Trocknung in die Alkoxylierungsstufe (1) zurückgeführt.
Bessere Ergebnisse sind erhältlich, wenn man den Vorlauf von der Destillation (j)
in die Veresterungsstufe (b) zurückführt und die anderen Fraktionen in die Alkoxylierungsstufe
(h) zurückführt.
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Bei der Verfahrensweise wie sie in Fig. 2 gezeigt wird, wird kontinuierlich
aus einem Kohlenwasserstoff ein Alkylenoxid-Addukt eines entsprechenden Alkohols
mit gleichförmig guter Qualität in hoher Ausbeute hergestellt, ohne daß eine sorgfältige
Einstellung der Bedingungen für die Alkoxylierung und Destillation erforderlich
ist. Diese Verfahrensführung wird spezifisch im Beispiel 3 beschrieben.
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Die Verfahrensführung gemäß Fig. 5 ist eine Modifizierung der Verfahrensführung
der Fig. 2. Nach der Oxidation in der flüssigen Phase (a) eines Kohlenwasserstoffs
in Gegenwart einer Borverbindung, in ähnlicher Weise wie im Zusammenhang mit Fig.
2 beschrieben, wird das Reaktionsgemisch direkt der Hydrolyse unter worfen. Die
Hydrolyse (b) kann genauso wie die Hydrolyse (e) beim Verfahren der Fig. 2 in verschiedener
Weise durchgeführt
werden. Die auf diese Weise gewonnene Borsäurelösung
wird abgetrennt (c). Aus der Lösung wird Borsäure durch Kristallisation wiedergewonnen,
welche ihrerseits erforderlichenfalls einer Entwässerung in die Oxidationsstufe
zurückgeführt wird, während die Mutterlauge in die Hydrolysestufe (b) zurückgeführt
wird. Die erhaltene organische Schicht wird durch Berührung mit einem Alkalihydroxid
wie Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid oder Lithiumhydroxid verseift und mit Wasser
gewaschen (d). Die Verseifung wird vorzugsweise bei Temperaturen von loo bis 2000C
über einen Zeitraum von wenigen Minuten bis mehreren Stunden durchgeführt, wobei
eine wässrige Alkalihydroxid-Lösung mit einer Konzentration von 1 bis 50 Gew.-%
verwendet wird.
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Die Veresterungen der Veresterungssture (e) werdenbei den gleichen
Bedingungen durchgeführt, wie sie im Zusammenhang mit der Veresterung bei der Verfahrensführung
der Fig. 1 beschrieben wurden. In der Destillationsstufe (f) wird nicht umgesetzter
Kohlenwasserstoff in ähnlicher Weise wie in der Destillationsstufe (c) der Fig.
2 abgetrennt und das Destillat (g) wird in die Oxidationsstufe (a) zurückgeführt.
Die Hydrolysestufe (h) und die Abtrennung (i) entsprechen der Hydrolysestufe (e).
Die Abtrennung (f) in der Fig. 2 erfolgt in ähnlicher Weise. Ebenso erfolgt die
Wiedergewinnung und die Zurückführung der Borsäure und die Zurückführung der Mutterlauge
von der Wiedergewinnung der Borsäure in ähnlicher Weise.
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Die Reinigung (å) des rohen Alkohols erfolgt durch Destillation wie
beim Verfahren der Fig. 2. Die Alkoxylierung (k), die Katalysatorentfernung (1)
und die Destillation (m) entsprechen der Alkoxylierung (h), der Katalysatorentfernung
(i) und der Destillation (j) beim Verfahren gemäß der Fig. 2. Der ganze durch die
Destillation erhaltene wiedergewonnene Alkohol oder ein Teil desselben wird in eine
der Stufen der Oxidation (a)9 der Hydrolyse (b), der Abtrennung (c), der Verseifung
(d) der Veresterung (f) undeder Destillation (g) zurückgeführt (n)O Wie im Zusammenhang
mit dem Verfahren der Fig. 2 beschrieben, ist es am zweckmäßigsten,
den
Teil des wiedergewonnenen Alkohols in die Veresterungsstufe (f) und den Rest des
wiedergewonnenen Alkohols in die Alkoxylierungsstufe (k) zurückzuführen. Bessere
Ergebnisse werden erhalten, wenn man den Vorlauf (n) in die Veresterungsstufe und
die anderen Fraktionen (o) erforderiichenfalls nach dem Trocknen in die Alkoxylierungsstufe
zurückführt (k).
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Bei dem Verfahren gemäß der Fig. 3 wird kontinuierlich ein Alkylenoxid-Addukt
eines Alkohols mit einer gleichförmig guten Qualität aus einem Kohlenwasserstoff
erhalten, ohne daß die Notwendigkeit einer sorgfältigen Einstellung der Alkoxylierungs-ut
Destillationsbedingungen besteht. Bei dem Verfahren der Fig. 3 werden Alkylenoxid-Addukte
erhalten, die im Vergleich zu denjenigen des Verfahrens der Fig. 2 hinsichtlich
der Färbung und des Geruchs weiter verbessert sind. Das Beispiel 4 ist ein spezifisches
Beispiel für dieses Verfahren.
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Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.
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Beispiel 1: Ein Gemisch von geradkettigen gesättigten Alkoholen mit
einem mittleren Molekulargewicht von 200, bestehend aus C12 - C14 Alkoholen, das
2 Gew.-% Verunreinigungen enthielt, wurde als Ausgangsmaterial verwendet. Die Verunreinigungen
bestanden im wesentlichen aus Ketonen und Kohlenwasserstoffen. loo kg des Alkoholgemisches
und 5oo g Bortrifluorid-Atharat wurden in ein ummanteltes Reaktionsgefäß aus rostfreiem
Stahl gegeben, das mit einem Rührer, einem Thermometer und einem Einlaßrohr für
die Flüssigkeit versehen wars Das Reaktionsgefäß wurde sodann mit Stickstoffgas
von Luft freigespült und der Innendruck wurde auf 5 atÜ erhöht. Durch den den ssigkeitseinlaß
wurden 38 kg Äthylenoxid in das Reaktionsgefäß über einen Zeitraum von etwa 3 Stunden
und unter Rühren eingeführt, so daß die Reaktionstemperatur nicht über 70°C hinausging.
Es wurde weitere 30 Minuten
gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde
sodann mit einer methanolischen Natriumhydroxidlösung neutralisiert. Methanol und
Spuren des Äthers wurden abdestilliert. Die ausgefällten Salze wurden durch Filtration
entfernt. Das Reaktionsgemisch wurde sodann unter vermindertem Druck destilliert,
bis 5o kg Destillat gewonnen worden waren. Auf diese Weise wurden 88 kg eines Rückstandes
aus einem Addukt mit einer mittleren Additions-Molzahl (n) von Athylenoxid je Mol
Alkohol von 3,o erhalten.
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5 kg des Destillats wurden mit 550 g Orthoborsäure versetzt, in ein
zweites gerührtes Reaktionsgefäß-gebracht und bei 150°C gerührt, wobei das freigesetzte
Wasser bei 5oo Torr abdestilliert wurde, um die Veresterung zu bewirken. Das veresterte
Gemisch wurde sodann bei 190°C, 5 Torr destilliert, wobei etwa 200 g flüchtige Stoffe
abdestilliert wurden welche verworfen wurden. Der Rückstand wurde nach dem Abkühlen
mit 5 1 Wasser versetzt und bei 90°C durchbewegt. Das Gemisch wurde sodann stehengelassen,
wobei s-ich eine Schicht der wässrigen Borsäurelösung abschied. Diese Maßnahme wurde
3-mal wiederholt, um die Borsäure aus dem Rückstand vollständig zu entfernen. Die
auf diese Weise erhaltene ölige Schicht wurde mit dem Rest des Destillats kombiniert
und nach dem Trocknen bei vermindertem Druck zur Veresterung beim zweiten Betriebsdurchlauf
zurückgeführt. Diese Verfahrensweise wurde bei den'gleichen Betriebsbedingungen
wiederholt, mit der Ausnahme, daß nach dem zweiten Durchlauf (1) die Reinheit des
wiedergewonnenen Alkohols auf folgende Weise bestimmt wurde: Reinheit des wiedergewonnenen
Alkohols (Gew.-ß) -loo - (Gew.- der Verunreinigungen + Gew.- der kombinierten A
O-Einheiten) Darin bedeuten: Gew.- der Verunreinigungen = Gew.-% der Carbonylverbindungen
+ Gew.-$ der Kohlenwasserstoffe
Gew.-% der kombinierten A O-Einheiten
= Ge.- der chemisch gebundenen Äthylenoxid-Einheiten, bezogen auf das Gewicht des
wiedergewonnenen Alkohols.
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Der frische Alkohol wurde zusammen mit dem wiedergewonnenen Alkohol
in einer Gesamtmenge, daß 98 kg der reinen Alkoholkomponenten zur Verfügung gestellt
wurden, in das erste Reaktionsgefäß eingebracht (2) Athylenoxid wurde in einer Menge
eingeleitet, daß zusammen mit dem kombinierten Äthylenoxid in dem wiedergewonnenen
Alkohol D8 kg erhalten wurden. ()) Die Menge des von der ersten Destillationsstufe
abgezogenen Destillats wurde auf (48 kg + α ) eingestellt, wobei α die
Gesamtgewichtsmenge der Verunreinigungen bedeutet, welche in das erste Reaktionsgefäß
eingeführt wurde. (4) Zu jedem Zeitpunkt betrug die Menge des Teils des Destillats,
die in das zweite Reaktionsgefäß eingeführt wurde, lo Gew.- der Gesamtmenge des
Destillats.
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Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.
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Tabelle I Durchlauf-Zahl 1 3 5 7 10 20 30 5° 90 von (kg) 2,o 3,5
4,8 5,7 .6,9 8,5 8,5 8,6 8,5 n 3,0 3,0 2,9 3,0 2,9 3,1 3,0 3,0 3,0 Produkt CW* 0,3
0,3 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,3 0,4 CW* : Carbonylwert (in sämtlichen Tabellen der Beschreibung)
Aus den in der obigen Tabelle I zusammengestellten Ergebnissen ergibt sich, daß
nach dem zwanzigsten Durchlauf ein Alkohol-Äthoxylat erhalten wurde, ohne daß eine
erhebliche Veränderung der Alkoholmenge, die in das erste Reaktionsgefäß eingeführt
wurde
oder der Destillatmenge in der Destillationsstufe erfolgte wobei es lediglich notwendig
war, die Menge des in früheren Durchläufen zugegebenen Alkohols geringfügig einzustellen.
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Vergleichsbeispiel 1: Aus den gleichen rohen Alkoholen wie im Beispiel
1 wurde bei der gleichen Verfahrensführung wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß
das Destillat, d.h. der wiedergewonnene Alkohol nach dem Abtreiben direkt in die
Alkoxylierung zurückgeführt wurde, ein Addukt mit ñ = 3 erhalten.
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Die Versuche dieses Beispiels sind in Tabelle II zusammengestellt.
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Tabelle II Durchlauf-Zahl 1 5 5 7 lo 2o 30 5o 9o α (kg) 2,0
4,0 5,9 7,8 10,7 18 26 45 75 n 3,0 2,9 2,9 5,1 3,o 3,1 2,9 3,o 3,1 Produkt CW* 0,3
0,2 0,3 0,4 0,4 0,6 0,8 2,8 6,0 Wie sich aus der Tabelle II ergibt, war es erforderlich,
die Menge des in das erste Reaktionsgefäß eingebrachten Alkohols über einen ziemlich
breiten Bereich einzustellen. Trotzdem wurde kein Produkt mit gleichförmiger Qualität
erhalten was sich aus der Tatsache ergibt, daß keine Verminderung des Gehalts der
Verunreinigungen im wiedergewonnenen Alkohol stattfand. St-attdessen fand eine Steigerung
statt, wobei der Carbonylwert allmählich zunahm.
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Beispiel 2: Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde der gleiche
Alkohol
wie im Beispiel 1 äthoxyliert. Nach der Entfernung des
Katalysators erfolgte eine Destillation bei vermindertem Druck bei welcher 2 kg
eines Vorlaufs und 58 kg des nachlaufenden Destillats, sowie 88 kg eines Addukts
mit n = ),o als Rückstand erhalten wurden. 2 kg eines Vorlauf wurden in ein kleines
Reaktionsgefäß gebracht, mit 220 g Orthoborsäure vermischt, bei 150°C, 300 Torr
unter Abdestillation des Wassers zur Veresterung gerührt und nach der Nachbehandlung
wie im Beispiel 1 mit 48 kg der folgenden Fraktion kombiniert.-Danach wurde bei
vermindertem Druck getrocknet und für den zweiten Durchlauf zurückgeführt.
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Der Betrieb wurde wiederholt durchgeführt. Nach dem zweiten Durchlauf
wurde in ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 ein Vorlauf abgenommen und mit Borsäure
verestert, jedoch mit der Ausnahme, daß jeweils 2 kg Vorlauf abgenommen wurden.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.
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Tabelle III Durchlauf-Zahl 1 3 5 7 10 20 so 50 9o α (kg) 2,o
2,6 3,1 5,6 4,2 4,6 4,8 4,8 4,8 3,o 2,8 3,o 3,o 3,o 5,1 5,o 2,9 3,o Produkt CW*
o,2 o,5 o,5 o,2 o,5 o,) o,2 o,5 o,2 Wie aus Tabelle III ersichtlich wird, wurde
ein Alkohol-Athoxylat mit gleichförmig guter Qualität erhalten, indem die Zugabe
der Alkohole in das Athoxylierungsgefäß während des Betriebs und nach dem zwanzigsten
Durchlauf geringfügig eingestellt wurde. Dies erfolgte ohne eine wesentliche Veränderung
der Zugabemenge in das erste Reaktionsgefäß und der Destillatmenge.
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Beispiel 3: Als Rohmaterial wurde ein n-Paraffingemisch mit einem
mittleren Molekulargewicht von 184 mit 12 bis 14 Kohlenstoffatomen je
Molekül
verwendet. Das Verfahren bestand aus einer Reihe von Stufen (a) bis (g), wie in
Fig. 2 beschrieben. Es wurde 5o Tage vollständig kontinuierlich durchgeführt. In
die Oxidationsstufe (a) wurde frisches n-Paraffin und wiedergewonnenes n-Paraffin
mit einer Gesamtbeschickungsgeschwindigkeit von 25 kg/h zusammen mit Idetaborsäure
mit einer Beschickungsgeschwindigkeit von o,6 kg/h eingeführt. Die Oxidation mit
Luft, die mit Stickstoffgas verdünnt war, wurde bei den folgenden Betriebsbedingungen
durchgeführt: Verweilzeit 2 Stunden, Reaktionstemperatur etwa17o0C, Normaldruck
und Umwandlung der n-Paraffine von durchschnittlich 15%. In der Veresterungsstufe
(b) wurde die Veresterung bei den folgenden Bedingungen durchgeführt: Verweilzeit
30 Minuten, und Reaktionstemperatur etwa 17o0C. Dabei wurde der Vorlauf von der
Destillationsstufe (j) des wiedergewonnenen Alkohols mit einer Geschwindigkeit von
154 g/h zugeführt.
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In der Destillationsstufe (c) wurde die -Destillation unter einem
Druck von 5 Torr durchgeführt, wodurch vom Boden des Gefäßes mit einer Geschwindigkeit
von etwa 4 kg/h ein Abstromprodukt erhalten wurde. In der Verseifungsstufe (d) wurde
das Destillat mit 20 Gew.-, bezogen auf das Gewicht der öligen Schicht in dem Destillat,
einer lo-igen wässrigen Natriurnliydroxid-Lösung von looOC eine Stunde lang gerührt
und sodann in die Oxidationsstufe (a) zurückgeführt, nachdem es mit Wasser gewaschen
worden war.
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In der Hydrolysestufe (e) und der Abtrennungsstufe (f) wurde die Bodenflüssigkeit
von der Destillationsstufe (c) im Gegenstrom mit einem Gemisch aus frischem Wasser
und einer Borsäure enthaltenden Mutterlauge von der Wiedergewinnungsstufe der Borverbindung
in Berührung gebracht, wobei das Gemisch bei den folgenden Bedingungen mit einer
Gesamtgeschwindigkeit von etwa 4 l/h zugeführt wurde: Verweilzeit etwa 30 Minuten,
Temperatur 950C.
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In die Wiedergewinnungsstufe derBorverbindung wurde eine wässrige
Schicht, die Borsäure enthielt, eingeführt. Die darin wiedergewonnene Borsäure wurde
zu Metaborsäure entwässert und in die Oxidationsstufe (a) zurückgeführt. Die Mutterlauge
wurde in die Hydrolysestufe (e) zurückgeführt. In der Reinigungsstufe (g)
wurde
eine 20%-ige wässrige Natriinydroxid-Lösung mit einer solchen Beschickungsgeschwindigkeit
zugeführt, daß ein Überschuß von lo Alkali über die benötigte Alkalimenge, berechnet
auf Basis des Verseifun£swertes des rohen Alkohols, erzielt wurde. Die Verseifung
wurde unter Rühren bei 100°C und bei einer Verweilzeit von etwa 1 Stunde durchgeführt.
Das Gemisch wurde sodann im Gegenstrom mit einem ;lasserstrom von einer Beschickungsgeschwindigkeit
von 4 l/h bei einer Verweilzeit von 20 Minuten in Berührung gebracht. Die Destillation
des Alkohols erfolgte sodann in einer absatzweisen Verfahrensführung. Auf diese
Weise wurde nach der Entfernung des wassers und des Verlaufs der gereinigte Alkohol
mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 2,9 kg/h erhalten. Der beim 24-stündigen
beim kontinuierlichen Betrieb erhaltene rohe Alkohol wurde in einer Stufe destilliert,
wobei die Destillation bei einem Druck von Torr durchgeführt wurde, um die Fraktion
wiederzugewinnen, die in dem Bereich von ungefähr 130 bis 180°C wie der gereinigte
Alkohol siedete. Der auf diese Weise erhaltene Alkohol wurde zusammen mit den restlichen
Fraktionen des wiedergewonnenen Alkohols von der Dostillationsstufe (j) in die Äthoxylierungsstufe
(h) eingespeist. Die Stufen (h) bis (j) wurden der Einfachheit halber absatzweise
durchgeführt, wobei die Äthoxylierung von etwa 140 kg/Charge des Alkohols wiederholt
wurde. Demgemäß wurde der Alkohol von der Stufe (a) bis (g) beim Betrieb mit einer
Charge pro Tag verbraucht.
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In der Äthoxylierungsstufe (h) wurden 69,5 + 0,5kg/Charge frischer
Alkohol und 70 + o,5 kg/Charge wiedergewonnener Alkohol, 400 g/Charge Bortrifluorid-Ätharat
und 44,4 kg/Charge Äthylenoxid zugesetzt. Die Äthoxylierung und die Katalysatorentfernung
bei der Stufe (i) erfolgte in ähnlicher Weise wie bei den entsprechenden Stufen
des Verfahrens des Beispiels 1. In der Stufe (J) wurde die Destillation bei einem
Druck von 5 Torr durchgeführt, wobei 3>7 kg/Charge Vorlauf und (70 + o,5) kg/Charbe
der folgenden Fraktion und als Rückstand durchschnittlich 110 Charge eines Alkohol-Äthoxylats
mit t n von nahe 3 erhalten wurden.
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Der Vorlauf wurde kontinuierlich nit einer GeschwiiIdigkeit von 154
g/h in die Veresterungsstufe (b) zurückgeführt. Der Rest des
wiedergewonnenen
Alkohols wurde. nach dem Trocknen in die Stufe (h) zurückgeführt. Der ert für ñ
und der CW-Wert des Produkts nach einen, lo-tägifflen Betrieb betrug 3,o + o,1 bzw.
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0,2 bis o,4. Der A.P.H.A. -Farbwert des Produkts.lag unterhalb loo.
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Beispiel 4: Unter Verwendung des gleichen Rohparaffins wie in Beispiel
3 wurden die einzelnen Stufen (a) bis (i) gemäß dem Verfahren der Fig. 3 5o Tage
lang in kontinuierlicher Weise durchgeführt.
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Die Oxidationsstufe (a) wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 7
durchgeführt. In der Hydrolysestufe (b) und der Abtrennungsstufe (c) wurde das Oxidationsgemisch
von der Oxidationsstufe (a) im Gegenstrom bei einer Verweilzeit von etwa 30 Minuten
mit einem Gemisch aus frischem Wasser und einer Borsäure enthaltenen den Mutterflüssigkeit
von der Wiedergewinnungsstufe der Borverbindungen in Berührung gebracht, wobei das
Gemisch mit einer Gesamtgeschwindigkeit von lo l/h zugeführt wurde. Die in hoher
Konzentration Borsäure enthaltende wässrige Schicht wurde in die Wiedergewinnungsstufe
für die Borverbindung eingeführt, worin die wiedergewonnene Orthoborsäure zu Metaborsäure
entwässert wurde und in die Oxidationsstufe zurückgeführt wurde, wobei die Mutterlauge
in die Hydrolysestufe (b) zurückgeführt wurde.
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Die organische Schicht von der Abtrennungsstufe (c) wurde in der Verseifungsstufe
(d) bei 1ooOC und einer Verweilzeit von etwa einer Stunde mit einer 20%-igen wässrigen
Natriurnhydroxid-Lösung gerührt, welche mit einer solchen Geschwindigkeit zugerührt
wurde, daß ein 10%-iger Alkaliüberschuß über die erforderliche Alkalimenge, berechnet
auf Basis des Verseifungswertes, erzielt wurde und Gegenstrom bei einer Verweilzeit
von 20 Minuten rnit einem Wasserstrom in Berührung gebracht, welcher mit einer Geschwindigkeit
von so l/h zugeführt wurde. Der Veresterungsstufe (e) wurde das Abstromprodukt der
Stufe (d) zusammen J:0it dem zurück£eführterf Produkt von der Destillationsstufe
bei einer Temperatur von 150°C, bei vermindertem Druck
und einer
Verweilzeit von 1 Stunde mit Orthoborsäure behandelt, welche mit einer Geschwindigkeit
von 600 g/h zugeführt wurde. Dabei wurde das freigesetzte Wasser entfernt. In der
DestillationsstuSe (f) wurde das ausströmende Produkt-aus der Stufe (e) in der gleichen
Weise wie in der Destillationsstufe (c) im Beispiel 3 verarbeitet. Das auf diese
Weise erhaltene Destillat wurde direkt in die Oxidationsstufe (a) zurückgeführt.
Der Rückstand wurde in der Hydrolysestufe (h) und der Abtrennungsstufe (i) in der
gleichen Weise wie in den Stufen (e) und (f) des Beispiels 3 verarbeitetß wobei
die so abgeschiedene wässrige Schicht, die eine große Menge Borsäure enthielt, in
die Borsäure-Wiedergewinnungsstufe eingeleitet wurde, worin Orthoborsäure wiedergewonnen
wurde. Die wiedergewonnene Orthoborsäure wurde in die Veresterungsstufe (e) zurückgeführt.
Die Mutterlauge wurde in die Hydrolysestufe (b) zurückgeführt. Die in der Abtrennungsstufe
(i) abgetrennte organische Schicht wurde in der Destillationsstufe (j) in der gleichen
Weise wie in der Destillationsstufe (g) des Beispiels 3 behandelt, wobei als Destillat
ein Alkohol mit einer mittleren Geschwindigkeit von 2,9 kg/h erhalten wurde. Die
Verfahrensführungen in den Stufen (k) bis (m) erfolgte in der gleichen Weise wie
in den Stufen (h) bis (j) des Beispiels 3. Dabei wurde ein Vorlauf des wiedergewonnenen
Alkohols mit einer Geschwindigkeit von 154 g/h in die Veresterungsstufe (e) zurückgefüirt.
Das auf diese Weise erhaltene Athoxylat hatte mit Ausnahme, daß der APER-Farbwert
unterhalb 50 lag, eine ähnliche Qualität wie das Produkt des Beispiels 3.