DE2460673B2 - Verfahren zur Herstellung von p-Tolylaldehyd - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von p-TolylaldehydInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von p-ToJylaldehyd durch Zugeben von Bortrifluorid
zu einer Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung zur Bildung eines Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplexes,
Versetzen des Reaktionsgemisches mit Kohlenmonoxid zum Überführen des Toluolkomplexes
in einen Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex,
Zersetzen des Tolylaldehydkomplexes und Abtrennen des Produkts.
In der JA-AS 29 760/1964 - referiert in Patentschnellbericht
Teil B, 1965, Nr. B 16-068/65 - ist ein Verfahren zur Herstellung von p-Tolylaldehyd
durch Umsetzen von Toluol mit Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Katalysators
beschrieben. Dabei wird die gesamte zur Umsetzung erforderliche Bortrifluoridmenge zu einem
Gemisch aus Toluol und überschüssigem Fluorwasserstoff zur Bildung eines Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplexes
gegeben. In die erhaltene Lösung wird zur Überführung des Toluols in p-Tolylaldehyd
Kohlenmonoxid eingeleitet. Die Reaktion wird bei einer Temperatur unterhalb Raumtemperatur durchgeführt,
um eine möglichst hohe Produktqualität zu erzielen. Durch Einstellen des Molverhältnisses von
Katalysator zu Toluol innerhalb eines bestimmten Bereiches kann der p-Tolylaldehyd in guter Ausbeute
erhalten werden.
Da der Dampfdruck des Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplexes
recht hoch ist, muß das Bortrifluorid der Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung unter
relativ hohem Druck zugesetzt werden, um die erforderliche Gesamtmenge des Bortrifluorids in das
Reaktionssystem einzubringen. Bortrifluorid wirkt jedoch stark korrodierend, so daß die Anlagen zur
Kompression des Bortrifluorids aufwendig und teuer sind.
Vorzugsweise erfolgt die Zugabe des Bortrifluorids zur Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung außerdem bei
einem Druck, der niedriger als der in einer Zersetzungssäule zur Zersetzung des p-Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplexos
aufrecht erhaltene Druck ist. Nach dem Zusetzen der erforderlichen Bortrifluoridmenge zur Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung
nimmt der Dampfdruck des Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplexes
stark zu. Wenn im Kreislaufverfahren das aus der Zersetzungssäule abgezogene Bortrifluorid der Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung
ohne erneute Kompression wieder zugeführt werden soll, muß der Druck in der Zersetzungssäule entsprechend hoch sein. Bei zu hohen Zersetzungsdrücken
triti jedoch eine Qualitätsminderung der p-Tolylaldehyd-Produktphase ein, weil der Aldehyd
in der Zersetzungssäule zur Polymerisation neigt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung von p-Tolylaldehyd der genannten Art vorzusehen, bei dem der Aldehyd in guter Ausbeute
und Qualität, also nicht polymerisiert, bei niedrigeren Drücken und somit auch in billigeren Anlagen
erhalten werden kann.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das gesamte umzusetzende Toluol, der gesamte erforderliehe
Fluorwasserstoff und nur ein Teil des zur Umsetzung der gegebenen Toluolmenge erforderlichen
Bortrifluorids zur Bildung einer Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifiuorid-Komplexlösung
zusammengemischt, die Lösung zur Umsetzung eines Teils des Toluols zu p-Tol ylaldehyd mit Kohlenmonoxid versetzt,
und dem Reaktionssystem dann der Rest des Bortrifluorids zugesetzt und der Rest des Toluols mit
Kohlenmonoxid umgesetzt, um so einen wesentlichen Anteil des Toluols in p-Tolylaldehyd zu überführen.
Das Wesen der Erfindung liegt also in der Schaffung eines zweistufigem Verfahrens zur Herstellung von
p-Tolyialdehyd. Die zuerst zuzugebende Bortrifluoridteilmenge
wird vorzugsweise so bemessen, daß sie ausreicht, einen wesentlichen Anteil des Toluols in
jo p-Tolylaldehyd zu überführen. Die Reaktion erfolgt
unter Einleitung von Kohlenmonoxid in den gebildeten Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex. Anschließend
erst wird dann der Rest des theoretisch erforderlichen Bortrifluorids dem Reaktionsprodukt
aus der ersten Stuie zugesetzt und der Rest des Toluols mit dem Kohlenmonoxid umgesetzt.
Die Umsetzung des Toluols zum p-Tolylaldehyd hängt von der Menge des zum Reaktionssystem zugegebenen
Bortrüfluorids ab. Setzt man das gesamte zur Umsetzung der Hauptmenge des Toluols zu
p-Tolylaldehyd erforderliche Bortrifluorid der Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung in einer Menge zu, so steigt
in der zuvor beschriebenen Weise der Dampfdruck des sich dabei bildenden Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifiuorid-Komptexes
stark an.
Die Erfindung fußt nun auf der im Grunde überraschenden Feststellung, daß der Dampfdruck einer
Toluol-Fluorwassorstoff-Bortrifluorid-Mischung der darin vorliegenden Bortrifluoridmenge direkt proportional
ist, wobei insbesondere das Verhältnis des Bortrifluorid zum Fluorwasserstoff eingeht. Überraschenderweise
hat sich gezeigt, daß bei Zugabe lediglich eines Teils des zur Umsetzung des Toluols in p-Tolylaldehyd
erforderlichen Bortrifluoridmenge zurToluol-Fluorwasserstoff-Mischung
der Dampfdruck der Mischung erstaunlich niedrig gehalten werden kann. Der
zum Eintragen de:s Bortrifiuorids in die Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung
erforderliche Druck kann dadurch weiter gesenkt werden, daß man nach der Zugabe
b0 zunächst einer Teilmenge des Bortrifiuorids zur Mischung
entsprechend nur einen Teil des Toluols durch Einleiten von Kohlenmonoxid umsetzt und dann erst
nach der Umsetzung den Rest des zur vollständigen Umsetzung erforderlichen Bortrifiuorids dem System
b5 zugibt.
Durch den kombinierten Einsatz dieser Maßnahmen weist das Verfahren vor allem den Vorteil auf, daß
die Gesamtmeng!; de:s als Katalysator erforderlichen
Bortrifluorids in zumindest zwei Chargen bei überraschend niedrigen Drücken in das Reaktionssystem
einführbar ist.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß
der Bortrifiuoridzusatz zum Reaktionsgemisch bei einem Druck erfolgen kann, der niedriger als der
aufgewendete Freisetzungsdruck für den p-Tolylaldehyd
ist.
In einer A usfüh rungs form der Erfindung wird die Umsetzung des Toluols mit dem Kohlenmonoxid zürn
p-Tolylaldehyd in zwei verschiedenen Reaktoren
durchgeführt. Dem ersten Reaktor ist ein Mischtank vorgeschaltet, in dem sich die Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung
befindet, die dort mit der Bortrifluoridteilmenge vermischt wird. Weil nur eine Teilmenge des
Bortrifluorids in den Mischtank gegeben wird, kann der Dampfdruck des resultierenden Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifiuorid-Komplexes
im Mischtank so niedrig gehalten werden, daß die erforderliche Bortrifiuoridteilmenge
in die Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung
mit einem Druck eingeführt weiden kann, der niedriger als der Druck in einer Zersetzungssäule
ist, unter dem der p-Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex
zersetzt wird. Das heißt, daß das aus der Zersetzungssäule abgezogene Bortrifluorid
ohne erneute Kompression in den Mischtank eingedrückt werden kann.
Nach dem Mischen der drei Bestandteile im Mischtank werden diese in den ersten Reaktor überführt,
in den dann Kohlenmonoxid eingedrückt wird, wobei ein Teil des Toluols in p-Tolylaldehyd überführt wird.
Sogar bei einem Überschuß von Kohlenmonoxid wird nur ein Teil und nicht das gesamte Toluol in p-ToIylaldehyd
überführt, weil die im Reaktionsgemisch vorhandene Bortrifluoridmenge nicht ausreicht, um die
Hauptmenge des Toluols in p-Tolylaldehyd zu überführen. Aus dem ersten Reaktor wird das Reaktionsgemisch dann in einen zweiten Mischtank überführt
und darin mit der Restmenge des Bortrifluorids versetzt.
Da die Bindung zwischen dem p-Tolylaldehyd und dem Katalysator (HF und BF3) fester als die Bindung
zwischen dem Toluol und dem Katalysator ist, ist auch der Dampfdruck des p-Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifiuorid-Komplexes
sehr niedrig. Insbesondere ist der auf das Bortrifluorid im p-Tolylaldehyd-Komplex
zurückzuführende Partialdampfdruckanteil unterhalb Raumtemperatur praktisch Null. Dementsprechend
ist auch der Dampfdruck des Reaktionsgemisches im zweiten Reaktor relativ niedrig. Unter
diesen Verhältnissen kann die Bortrifluoridrestmenge unter einem Druck im zweiten Mischtank in das Reaktionssystem
eingedrückt werden, der niedriger als der Druck ist, unter dem der p-Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex
in der anschließenden Zersetzungssäule zersetzt wird. Aus dem zweiten Mischtank wird die Lösung in den zweiten Reaktor
überführt. In diesen wird zur Umsetzung des verbliebenen Toluols ebenfalls Kohlenmonoxid eingedrückt.
Der Dampfdruck in den beiden Mischtanks kann also während der gesamten Phase der Einleitung des Bortrifluorids
außerordentlich niedrig gehalten werden. Außerdem können während der gesamten Prozeßführung
die Reaktionsdrücke außerordentlich niedrig gehalten werden, ohne dabei die Reaktionsgeschwindigkeit
der Umsetzung des Toluols zum p-Tolylaldehyd zu vermindern oder die Produktausbeute zu verkleinern.
Die Bildungsreaktion des p-Tolylaldehyds fußt auf
der Umsetzung des Toluolkomplexes mit Kohlenmonoxid. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt
dieser Reaktion ist die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenmonoxids in die Komplexlösung. Die Reaktionsgeschwindigkeit
hängt offensichtlich nicht direkt von der Konzentration des Katalysa'ors, insbesondere
nicht direkt von der Bortrifluoridkonzentration, ab. Dagegen hängt der Dampfdruck über dem Toluol-FIuorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex
direkt von der Konzentration des Bortrifluorids in der Komplexlösung ab. Das heißt jedoch, daß mh zunehmendem
Dampfdruck über dem Komplex der Partialdampfdruck des Kohlenmonoxids kleiner wird. Damit wird
auch die Löslichkeit des Kohlenmonoxids im Komplex und die Diffusion des Kohlenmonoxids in den
Komplex hinein vermindert. Das heißt, daß mit zunehmendem Dampfdruck über dem Komplex die Reaktionsgeschwindigkeit
abnimmL Diese Abhängigkeit
ία ist umkehrbar: Mit Abnahme des Dampfdruckes über
dem Komplex nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit der p-ToJyfaJdehydb/ldung zu.
Das Teilungsverhältnis, in dem das Bortrifluorid in dem mit dem ersten Reaktor verbundenen Mischtank
und den mit dem zweiten Reaktor verbundenen Mischtank eingedrückt wird, ist vorzugsweise so festgelegt,
daß der Dampfdruck des Komplexes in beiden Mischtanks gleich oder zumindest angenähert gleich
ist. In der Regel werden etwa 40-70 Gew.-%, vor-
JO zugsweise 50-70 Gew.-%, des dem Reaktionssystem
insgesamt zuzusetzenden Bortrifluorids auf den mit dem ersten Reaktor verbundenen ersten Mischtank
gegeben. Der Rest des Bortrifluorids, also 60 bis 30Gew.-%, vorzugsweise 50-30 Gew.-%, werden dem
r, zweiten Mischtank, der dem zweiten Reaktor vorgeschaltet
ist, zugesetzt.
Aufgrund der Aufteilung der dem Gesamtreaktionssystem
zuzusetzenden Bortrifluoridmenge auf zwei Mischtanks, kam also überraschenderweise der Dampf-
4(i druck über dem Toluolkomplex bzw. der Reaktionslösung in beiden Mischtanks signifikant erniedrigt
werden. Dadurch wird vor allem auch eine ruhiger und gleichmäßiger fortschreitende Reaktion und eine
glattere und elastischere Verfahrensführung erzielt.
<r, Der Umsetzi'ngsgrad des Toluols in p-Tolylaldehyd
hängt im wesentlichen von der Menge des eingesetzten Katalysators ab. Je mehr Katalysator eingesetzt
wird, desto mehr Toluol wird in p-Tolylaldehyd überführt. Der Dampfdruck des Toluol-Komplexes
kann durch Erhöhung der Fluorwasserstoffkonzentration gesenkt werden. Der Einsatz großer Fluorwasserstoffkonzentrationen
beschleunigt die Reaktionsgeschwindigkeit der Umsetzung des Toluols mit dem Kohlenmonoxid. Die Verwendung einer relativ großen
r,5 Menge Fluorwasserstoff wird auch im Hinblick auf
die Rückführung der Katalysatoren bevorzugt. Auf der anderen Seite nimmt jedoch mit zunehmender
Fluorwasserstoffmenge auch die zur Rückgewinnung des Katalysators in der abschließenden Zersetzungs-
bo stufe erforderliche Wärmemenge, die zur Kühlung
des dazu benötigten Systems erforderliche Energiemenge und nehmen damit auch die Anlagekosten
zur Rückgewinnung und Rückführung des Katalysators spürbar zu. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus muß
b5 daher Jie Fluorwasserstoffkonzentration im Reaktionssystem so niedrig wie möglich gehalten werden. Dementsprechend
kann die Konzentration des Fluorwasserstoffs nicht generell festgelegt werden, sondern hängt
von den Gegebenheiten und Zielsetzungen des Einzelfalls ab. Bei Durchführung der Umsetzung des Toluols
mit Kohlenmonoxid unter üblichen Betriebsbedingungen werden je 1 Mol Toluol etwa 3-7MoI Fluorwasserstoff
und etwa 1-2MoI Bortrifiuorid, vorzugsweise
5-6MoI Fluorwasserstoff und 1-1,5MoI Bortrifiuorid,
eingesetzt.
Die Temperatur in der gesamten Anlage, insbesondere also in den beiden Mischtanks und den beiden
Reaktoren, wird vorzugsweise auf einer Temperatur nicht oberhalb Raumtemperatur, vorzugsweise insbesondere
auf einer Temperatur unterhalb OC, gehalten. Dadurch wird eine Qualitätsminderung des p-Tolylaldehyds
vermieden. Bei kurzen Verweilzeiten kann jedoch die im p-Tolylaldehyd auftretende Qualitätsminderung
selbst bei Durchführung der Reaktion bei Raumtemperatur, ohne Nachteile in Kauf nehmen
zu müssen, vernachlässigt werden. Innerhalb dieser Richtwerte ist die Reaktionstemperatur an sich nicht
kritisch.
Der Druck in den Mischtanks und den Reaktoren wird so niedrig wie möglich gehalten. Unter Einhaltung
der zuvor aufgezeigten Reaktionstemperaturbereiche und der Zusammensetzungsbereiche für den Komplex
stellt sich der Reaktionsdruck automatisch ein. Durch geeignete Wahl der Prozeßparameter kann der Druck
in den beiden Mischtanks ohne weiteres auf einen Wert von kleiner als etwa 2 bar eingestellt werden.
Die Druckeinstellung erfolgt durch Abstimmung der Anteile der Komponenten des Komplexes im Reaktionssystem
und Temperaturregelung in den Mischtanks. Vorzugsweise wird jedoch ein Reaktionsdruck
im Bereich von etwa 7-15 bar eingestellt. Die Drücke in den Mischtanks und den Reaktoren können jedoch
nicht speziell und allgemein gültig vorgegeben werden, da sich diese zwangsläufig durch die Wahl der Konzentration
der Komponenten im Komplex bzw. im Reaktionssystem und durch die Einstellung und Regelung
der Reaktionstemperatur in den Reaktoren bzw. der Temperatur in den Mischtanks einstellt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Figur gezeigten Anlage näher erläutert.
Über eine Leitung 1 wird Toluol, über eine Leitung 2 Fluorwasserstoff und über eine Leitung 3 Bortrifiuorid
in einen Mischtank 4 gegeben. Bei einem auf das Gesamtreaktionssystem bezogenen Verhältnis von Toluol
zu Fluorwasserstoff zu Bortrifiuorid von 1:5:1 wird im Tank 4 ein Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex
mit einem Verhältnis von Toluol-: Fluorwasserstoff: Bortrifiuorid wie 1 : 5 : 0,5 hergestellt. Das
Verhältnis von Bortrifiuorid zu Toluol ist also halb so groß wie das zur Umwandlung der Hauptmenge
des Toluols in p-Tolylaldehyd erforderliche Verhältnis. Bei einer Betriebstemperatur von -20 C im Mischtank
4 beträgt der Druck in diesem Tank etwa 2 bar, wobei dieser Druck höher ist als der Gleichgewichtsdampfdruck des dem Verhältnis Toluol: HF : BFj wie
1 : 5 : 0,5 entsprechenden Toluol-Komplexes.
Als Mischtank 4 wird vorzugsweise ein Tank eingesetzt, der mit einer Rührvorrichtung und einer Kühlung
versehen ist, so daß die beiden in der Mischung vorliegenden Flüssigkeiten Toluol und Fluorwasserstoff
gut mit dem gasförmigen Bortrifiuorid gemischt werden können, und daß die Komplexbildungswärme
rasch abgeführt werden kann.
Die so hergestellte Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplcxlösung
wird dann über eine Leitung 5, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Förderpumpe,
in den ersten Reaktor 8 überführt. In diesem Reaktor wird der Komplex mit Kohlenmonoxid in
Berührung gebracht, das unter Druck über eine Zuleitung 6 in den Reaktor 8 eingeführt wird. Die Re-■5
aktion zwischen dem Toluol und dem Kohlenmonoxid wird im ersten Reaktor8 bei OC und einem Druck
von etwa 10 bar durchgeführt. Bei guter Durchmischung der Gasphase mit der flüssigen Phase, insbesondere
bei ausreichend guter Rührung, läuft die Re-
K) aktion ausgesprochen rasch ab. Da die im Reaktionsgemisch vorliegende Bortrifluoridmenge nicht ausreicht,
um im wesentlichen alles Toluol in p-Tolylaldehyd zu überführen, wird nicht das gesamte im
Reaktionssystem vorliegende Toluol in den p-Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex
überführt. Der Grad der Umsetzung des Toluols zum p-Tolylaldehyd ist also gering. In der Regel werden
nicht mehr Mol Toluol in p-Tolylaldehyd überführt, als Mol Bortrifiuorid im Reaktionssystem vorliegen.
In dem Komplex des Beispiels mit der zuvor genannten Zusammensetzung werden unter den gegebenen Reaktionsbedingungen
etwa 45% des Toluols in p-Tolylaldehyd überführt.
Dadurch, daß nicht das gesamte theoretisch erforderliehe Bortrifiuorid, im vorliegenden Beispiel nur 50% der erforderlichen Gesamtmenge, im Reaktionssystem vorliegen, wird jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit der Umwandlung des Toluols in den p-Tolylaldehyd außerordentlich erhöht. Die Bildungsgeschwindigkeit
Dadurch, daß nicht das gesamte theoretisch erforderliehe Bortrifiuorid, im vorliegenden Beispiel nur 50% der erforderlichen Gesamtmenge, im Reaktionssystem vorliegen, wird jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit der Umwandlung des Toluols in den p-Tolylaldehyd außerordentlich erhöht. Die Bildungsgeschwindigkeit
jo des p-Tolylaldehyds oder die Absorptionsgeschwindigkeit
des Kohlenmonoxids im Reaktionssystem hängt nämlich von der Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenmonoxids
im System ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt also vom Partialdruck des Kohlenmonoxids
J3 im ersten Reaktor 8 ab. Wenn die Konzentration des
Bortrifiuorids im Komplex gering ist, ist nämlich auch der Dampfdruck des Komplexes, der der Konzentration
des Bortrifluorids im Komplex direkt proportional ist, gering, so daß dadurch der Partialdruck
des Kohlenmonoxids groß wird. Obwohl die Bortrifiuoridkonzentration
im Komplex wesentlich geringer als für die Umsetzung des im wesentlichen gesamten
Toluols zu p-Tolylaldehyd erforderlich ist, und im gegebenen Beispiel nur 50% dieser theoretischen
Menge beträgt, nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit des Toluols mit dem Kohlenmonoxid stark zu.
Im umgekehrten Fall, wenn das Bortrifiuorid im Reaktionssystem in einer Menge vorliegt, die zur Umsetzung
praktisch des gesamten Toluols zu p-Tolylaldehyd ausreicht, nimmt der Dampfdruck des Komplexes
stark zu, nimmt also der Partialdampfdruck des Kohlenmonoxids stark ab, so daß dadurch letztlich
auch die Reaktionsgeschwindigkeit spürbar verkleinert wird. In Gegenwart großer Bortrifluoridkonzentrationen
im Reaktionssystem, beispielsweise also in Gegenwart der theoretisch erforderlichen Gesamtkonzentration,
nimmt also die Reaktionsgeschwindigkeit der Umsetzung des Toluols zum p-Tolylaldehyd spürbar
ab, es sei denn, daß der Reaktionsdruck stark erhöht
bo würde. Zur Verbesserung und Beschleunigung der
Verteilung und der Diffusion des Kohlenmonoxids in der Reaktionslösung wird die Reaktion unter kräftigem
Rühren durchgeführt. Zur Abführung der bei der Komplexbildung freigesetzten Reaktionswärme
und zur Vermeidung einer Temperaturerhöhung in der Reaktionslösung wird diese gekühlt. Eine Erhöhung
der Reaktionstemperatur ist insbesondere im Minblick auf die Polymerisationsneigung des p-Tolylaldehycls
zu vermeiden. Der Reaktor ist daher vorzugsweise als Rührtank mit Außenkühlung ausgebildet. Vorzugsweise
wird ein Tank mit mchrarmigem Rührsystem, eine Blasensäule oder ein Rohrreaktor eingesetzt.
Das im ersten Reaktor 8 gebildete Reaktionsgemisch -,
enthält p-Tolylaldehyd als Reaktionsprodukt und wesentliche Anteile an nicht umgesetztem Toluol. Dieses
Reaktionsgemisch wird aus dem Reaktor 8 über eine Leitung9 in einen zweiten Mischtank 11 überführt.
Der Reaktionslösung wird im zweiten Mischtank 11 die Reslmenge des erforderlichen Bortrifiuorids zugesetzt.
Dadurch kann das restliche noch in der Reaktionslösung vorliegende Toluol leicht und ohne Schwierigkeiten
in den Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex
überführt werden. Die im zweiten Mischtank 11 durchgeführte Verfahrensstufe entspricht also
im Prinzip der auch im ersten Mischtank 4 durchgeführten Verfahrensstufe. Bis zu 1 Mol Bortrifluorid
werden in den Toluol-Komplex je 1 Mol als Ausgangsmaterial eingesetztem Toluol bei einer Temperatur
von -20 C und einem Druck im Bereich von etwa 2 bis 2,5 bar zugesetzt.
Der erhaltene Komplex wird über eine Leitung 12, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Förderpumpe,
in den zweiten Reaktor 15 überführt. In den zweiten Reaktor 15 wird Kohlenmonoxid eingedrückt.
Die Reaktion zwischen dem Kohlenmonoxid und dem im Komplex vorliegenden Toluol wird glatt und ruhig
bei einer Temperatur von 0 C und einem Druck von etwa 10 bar durchgeführt. Das Kohlenmonoxid wird jo
von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kohlenmonoxidquelle über eine Leitung 13 in den Reaktor 15
eingespeist. Zusätzlich oder alternativ kann auch das den ReaktorS verlassende, nicht umgesetzte Kohlenmonoxid
in den zweiten Reaktor 15 eingeleitet werden, j-,
Inerte Verunreinigungen im Kohlenmonoxid werden vorzugsweise in der Leitung 14, wenn sie eine kondensierte
Konzentration erreicht haben, auskondensiert.
Nach Beendigung der Reaktion im zweiten Reaktor 15 wird insgesamt ein außerordentlich hoher Grad
der Umsetzung des Toluols zum p-Tolylaldehyd erhalten. Das Reaktionsprodukl, also der p-Tolylaldehyd-Fluorwasscrstoff-Bortrifluorid-Komplex,
wird aus dem /weiten Reaktor 15 über eine Leitung 16 abgezogen und auf eine Zersetzungssäule 18 gegeben. Auf der
Säule 18 wird der p-Tolylaldehyd-Komplex der thermischen
Zersetzung zur Bildung von p-Tolylaldehyd, Fluorwasserstoff und Bortrifluorid unterworfen. Am
Kopf der Zcrsetzungssäule werden Fluorwasserstoff und Bortrifluorid abgezogen. Nach Trennung beider
Substanzen wird der gesamte Fluorwasserstoff über die Rückführungsleitung 2 in den ersten Mischtank 4
rückgeführt. Das nach der Trennung erhaltene Bortrifluorid wird in zwei Teile aufgeteilt, von denen
der eine in den ersten Mischtank 4 und der andere in den zweiten Mischtank U gegeben werden. Der
als Endprodukt erhaltene p-Tolylaldehyd wird am Fuß
Tabelle zu Beispiel 1
der Kolonne 18 über eine Leitung 19 abgezogen.
Die Zersetzungssäule 18 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die Katalysatorkomponenten vollständig
und so rasch wie möglich aus dem Reaktionsgemisch abgezogen werden können. Die thermische Zersetzung
des p-Tolylaldehyd-Komplexes erfolgt vorzugsweise
bei einerTemperatur von mindestens 110 C. Weiterhin
erfolgt die Zersetzung in der Zersetzungssäule 18 bei einem Betriebsdruck, der über dem Betriebsdruck in
den Mischtanks4 und 11 liegt, im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bei einem Druck von etwa 3 bar.
Bei Einstellung eines Innendrucks in der Zersetzungssäule, der über dem Betriebsdruck in den beiden
Mischtanks 4 und 11 liegt, braucht kein Kompressor zur Rückführung des aus der Zersetzungssäule rückgewonnenen
Bortrifiuorids eingesetzt zu werden. Diese Möglichkeit birgt wesentliche wirtschaftliche Vorteile
in sich.
Erfindungsgemäß wird also in der als Ausführungsbeispiel beschriebenen Anlage ein Teil des Bortrifiuorids
dem Mischtank 4, der vor den ersten Reaktor geschaltet ist, und der verbleibende Teil des Bortrifiuorids
dem zweiten Mischtank 11 zugeführt, der nach dem ersten Reaktor und vor den zweiten Reaktor
geschaltet ist. Durch diese Maßnahme kann der Betriebsdruck in den beiden Mischtanks 4 und 11 erniedrigt
werden. Der zur Rückführung des Bortrifiuorids in die beiden Mischtanks 4 und 11 erforderliche Druck,
in der dargestellten Anlage also der Druck in der Zersetzungssäule, kann dadurch ebenfalls erniedrigt
werden. Das bewirkt jedoch auch, daß der Druck, mit dem das Kohlenmonoxid in die Reaktoren eingcblasen
werden muß, ebenfalls gesenkt werden kann. Vorzugsweise wird jedoch der Druck in der Zersetzungssäule
relativ hoch gehalten, zumindest wesentlich höher als der Dampfdruck des Komplexes in
den Reaktoren, da dadurch die zur Kühlung des Mischtanks 4 erforderliche Energie eingespart werden kann.
Anstatt den Druck in der Zersetzungssäuie 18 zu vermindern, kann dadurch nämlich eine höhere Betriebstemperatur
im Mischtank 4 hingenommen werden.
Beispiel 1 und 2
und Vergleichsbeispiele 1 und 2
und Vergleichsbeispiele 1 und 2
In der Figur dargestellten und vorstehend beschriebenen
Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung wurde p-Tolylaldehyd hergestellt. Die aufgegebenen
und abgezogenen Materialmengen sind für die Reaktionskomponenten, den Katalysator und das
Produkt in den Tabellen zusammengestellt.
Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 beschreiben die unter den gleichen Bedingungen wie die Beispiele 1
bzw. 2 durchgeführten Verfahren, wobei die Vergleichsbeispiele lediglich so durchgeführt wurden, daß der
Bortrifluoridzusatz nicht in zwei Teilen, sondern in Form eines einzigen Zusatzes erfolgte.
Erster Tank 4
Erster Reaktor Zweiter Tank 11 Zweiter Reaktor
Zersetzungssäule
Toluolaufgiibc (Mol) 1,0
IIF-Aufgabc(Mol) 4,7
BFj-Aufgabc (Mol) 0,5
1,0 | 0,55 | 0,55 | 0,25 |
4,7 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
0,5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
Fortsetzung
ίο
Erster Tank 4
lirster Reaktor Zweiter Tank 11 Zweitei Reaktor Zersetzungs-
säule
p-Tolyl-aldehyd-Ausbeute | 0 | 0 | 0,45 | 0,45 | 0,2: |
(Mol) | |||||
Temperatur ( C) | -20 | 0 | -20 | 0 | 140 |
Druck (bar) | 2,0 | 10 | 2,5 | 10 | 3 |
Tabelle zu Versuchsbeispiel 1
Erster Tank 4
Erster Reaktor Zweiter Tank 11 Zweiter Reaktor Zcrsetzungs-
säulc
Toluolaufgabe (Mol) | 1,0 | 1,0 | — | — | 0,25 |
HF-Aufgabe (Mol) | 5,0 | 5,0 | - | - | 5,0 |
BFj-Aufgabe (Mol) | 1,0 | 1,0 | - | - | 1,0 |
p-Tolyl-aldehyd-Ausbeutc | 0 | 0 | - | - | 0,75 |
(Mol) | |||||
Temperatur ( C) | -20 | 0 | - | - | 140 |
Druck (bar) | 4,0 | 15 | - | - | 5 |
Tabelle zu Beispiel 2 | |||||
lirster Tank -4 | Erster Reaktor | Zweiler Tank 11 | Zweiler Reaktor | Zerset/ungs- | |
siiule | |||||
Toluolaufgabe (Mol) | 1,0 | UO | 0,40 | 0,40 | 0,10 |
IIF-Aurgabc (Mol) | 4,5 | 4,5 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
BF.,-Aufgabe (Mol) | 0,7 | 0,7 | 1,3 | 1,3 | 1,3 |
p-Tolyl-aldchyd-Ausbeute | 0 | 0 | 0,6 | 0,6 | 0,90 |
(Mol) | |||||
Temperatur ( C) | -30 | 0 | -30 | 0 | 140 |
Druck (bar) | 2,0 | 15 | 2,0 | 15 | 3 |
Tabelle zu Vcrgleichsbcispicl 2
Erster Tank 4
Erster Reaktor Zweiter Tank 11 Zweiter Reaktor Zersctzungs-
säulc
Toluolaulgabc (Mol) | 1,0 | !,0 |
IlF-Aulgabc(Mol) | 5,0 | 5,0 |
BF,-Aul"gabc (Mol) | 1,3 | 1,3 |
p-Toly l-aldchyd-Ausbeute | 0 | 0 |
(Mol) | ||
Temperatur ( C) | -30 | 0 |
Druck (bar) | 4,0 | 20 |
0,10 5,0 1,3 0,9
140 5
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von p-Tolylaldehyd durch Zugeben von Bortrifluorid zu einer Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung zur Bildung eines Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplexes, Versetzen des Reaktionsgemisches mit Kohlenmonoxid zum Überführen des Toluolkomplexes in einen Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex, Zersetzen des Tolylaldehydkomplexes und Abtrennen des Produkts, dadurch gekennzeichnet, daß man von der erforderlichen Bortrifluoridmenge zunächst etwa 40 bis 70%, und dann den Rest, zugibt und das Versetzen des Reaktionsgemisches mit Kohlenmonoxid nach jeder der Zugaben des Bortrifluorids durchführt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14310173A JPS533375B2 (de) | 1973-12-21 | 1973-12-21 |
Publications (3)
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