DE2460673C3

DE2460673C3 - Verfahren zur Herstellung von p-Tolylaldehyd

Info

Publication number: DE2460673C3
Application number: DE2460673A
Authority: DE
Inventors: Susumu Fujiyama; Toyomi Kurashiki Okayama Kasahara; Shigeki Kozao; Takehiko Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1979-04-26
Also published as: DE2460673B2; BE823739A; GB1485816A; CA1027142A; SU670211A3; US3948998A; FR2255280B1; IT1027065B; JPS5093934A; JPS533375B2; DE2460673A1; NL7416679A; FR2255280A1

Description

Die Erfindung betrifft ein 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.

In der JP-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 FIuorwasserstoff-Bortrifluorid-Katalysators beschrieben. Dabei wird die gesamte zur Umsetzung erforderliche Bortrifluoridmenge zu einem Gemisch aus Toluol und überschüssigem Fluorwasserstoff zur Bildung eines Toluol-FluorwasserstolT-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 führt werden soll, muß der Druck in der Zersetzungssäule entsprechend hoch sein. Bei zu hohen Zersetzungsdrücken tritt 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-Tolylaidehyd 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-Bortrifluorid-Komplexlösung zusammengemischt, die Lösung zur Umsetzung eines Teils des

>o Toluols zu p-Tolylaldehyd 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.

2-, Das Wesen der Erfindung liegt also in der Schaffung eines zweistufigen Verfahrens zur Herstellung von p-Tolylaldehyd. Die zuerst zuzugebende Bor.'iifluoridteilmenge 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

j-, aus der ersten Stufe 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 Bortrifluorids 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 zuvoi beschriebenen Weise der Dampfdruck des sich dabei bildenden Toluol-Fluorwasserstoff-Bor-

4j trifluorid-KompIexes stark an.

Die Erfindung fußt nun auf der im Grunde überraschenden Feststellung, daß der Dampfd'iick einer Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Mischung der darin vorliegenden Bortrifluoridmenge direm propor-

>jo tional 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 zur Toluol-

Kompression des Bortriüuorids aufwendig und teuer 55 Fluorwasserstoff-Mischung der Dampfdruck uci Mi-

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-Komplexes 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 zügeschung erstaunlich niedrig gehalten werden kann. Der zum Eintragen des Bortrifluorids in die Toluol-Fluorwasserstoff-Mischung erforderliche Druck kann dadurch weiter gesenkt werden, daß man nach der Zugabe

_bo zunächst einer Teilmenge des Bortrifluorids 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 Bortrifluorids dem System

b5 zugibt.

Durch den kombinierten Einsatz dieser Maßnahmen weist das Verfahren vor allem den Vorteil auf, daß die Gesamtmenge des als Katalysator erforderlichen

Bortrifluorids in zumindest zwei Chargen bei überraschend niedrigen Drücken in das Reaktionssystem ■jinführbar ist

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß der Bortrifluoridzusatz zum Reaktionsgemisch bei einem Druck erfolgen kann, der niedriger als der aufgewendete Freisetzungsdruck für den p-Tolylaldehyd ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Umsetzung des Toluols mit dem Kohlenmonoxid zum P-Tolylaldehyä 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-Bortrifluorid-Komplexes im Mischtank so niedrig gehalten werden, daß die erforderliche Bor-

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 Komplexiösung. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt offensichtlich nicht direkt von der Konzentration des Katalysators, insbesondere nicht direkt von der Bortrifluoridkonzentration, ab. Dagegen hängt der Dampfdruck über dem Toluol-

) Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex direkt von der Konzentration des Bortrifluorids in der Komplexlösung ab. Das heißt jedoch, daß mit zunehmendem Dampfdruck über dem Komplex der Partialdampfdruck des Kohlenmonoxids kleiner wird. Damit wird

; auch die Löslichkeit des Kohlenmonoxids im Komplex uad die Diffusion des Kohlenmonoxids in den Komplex hinein vermindert. Das heißt, daß mit zunehmendem Dampfdruck über dem Komplex die Reaktionsgeschwindigkeit abnimmt Diese Abhängigkeit

trifluoridteilmenge in die Toluol-Fluorwasserstoff-Mi- 20 ist umkehrbar: Mit Abnahme des Dampfdruckes über

dem Komplex nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit der p-Tolylaldehydbildung zu.

Das Teilungsverhältnis, in dem das Bortrifluorid in dem mit dem ersten Reaktor verbundenen Misch-

schung mit einem Druck eingeführt werden kann, der niedriger als der Druck in einer Zersetzungssäule ist, unter dem der p-Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex zereetzt wird. Das heißt, daß

das aus der Zersetzungssäule abgezogene Bortrifluorid ₂₅ tank und den mit dem zweiten Reaktor veibundenen ohne erneute Kompression in den Mischtank einge- Mischtank eingedrückt wird, ist vorzugsweise so festdrückt werden kann. gelegt, daß dei Dampfdruck des Komplexes in beiden Nach dem Mischen der drei Bestandteile im Misch- Mischtanks gleich oder zumindest angenähert gleich tank werden diese in den ersten Reaktor überführt, ist. In der Regel werden etwa 40-70 Gew.-%, vorin den dann Kohlenmonoxid eingedrückt wird, wobei _J(, 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

handene Bortrifluoridmenge nicht ausreicht, um die j-> zweiten Mischtank, der dem zweiten Reaktor vorge-Hauptmenge des Toluols in p-Tolylaldehyd zu über- schaltet ist, zugesetzt.

Aufgrund der Aufteilung der dem Gesamtreaktionssystem zuzusetzenden Bortrifluoridmenge auf zwei Mischtanks, kam also überraschenderweise der Dampf-40 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. Der Umsetzungsgrad 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 gemisches im zweiten Reaktor relativ niedrig. Unter ₅₀ kann durch Erhöhung der Fluorwasserstoffkonzentradiesen Verhältnissen kann die Bortrifluoridrestmenge tion gesenkt werden. Der Einsatz großer Fluorwasserstoffkonzentrationen beschleunigt die Reaktionsgeschwindigkeit der Umsetzung des Toluols mit dem Kohlenmonoxid. Die Verwendung einer relativ großen wasserstoff-Bortrifluorid-Komplex in der anschließen- ₅₅ Menge Fluorwasserstoff wird auch im Hinblick auf den Zersetzungssäule zersetzt wird. Aus dem zweiten die Rückführung der Katalysatoren bevorzugt. Auf Mischtank wird die Lösung in den zweiten Reaktor der anderen Seite nimmt jedoch mit zunehmender überführt. In diesen wird zur Umsetzung des verblie- Fluorwasserstoffmenge auch die zur Rückgewinnung benen Toluols ebenfalls Kohlenmonoxid eingedrückt. des Katalysators in der abschließenden Zersetzungs-Der Dampfdruck in den beiden Mischtanks kann also _h0 stufe erforderliche Wärmemenge, die zur Kühlung während der gesamten Phase der Einleitung des Bor- des dazu benötigten Systems erforderliche Energie

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 vorpg pyy u ür

führen. 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-Bortrifluorid-Komplexes sehr niedrig. Insbesondere ist der auf das Bortrifluorid im p-Tolylsldehyd-Komplex zurückzuführende Partialdampfdruckanteil unterhalb Raumtemperatur praktisch Null. Dementsprechend ist auch der Dampfdruck des Reaktions-

unter einem Druck im zweiten Mischtank in das Reaktionssystem eingedrückt werden, der niedriger als der Druck ist, unter dem der p-Tolylaldehyd-Fluor-

trifluorids 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.

menge und nehmen damit auch die Anlagekosten zur Rückgewinnung und Rückführung des Katalysators spürbai zu. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus muß daher die 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 IMoI Toluol etwa 3-7MoI Fluorwasserstoff und etwa ! -2 Mol Bortriiluorid, vorzugsweise 5-6 Mol Fluorwasserstoff und 1-1,5 Mol Bortriflunrid, 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 O C, 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 Bortrifluorid in einen Mischtank 4 gegeben. Bei einem auf das Gesamtreaktionssystem bezogenen Verhältnis von Toluol zu Fluorwasserstoff zu Bortrifluorid von 1:5:1 wird im Tank 4 ein Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex mit einem Verhältnis von Toluol-: Fluorwasserstoff: Bortrifluorid wie 1:5:0,5 hergestellt. Das Verhältnis von Bortrifluorid 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: BF₃ 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 Bortrifluorid gemischt werden können, und daß die Komplexbildungswärme rasch abgeführt werden kann.

Die so hergestellte Toluol-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplexlösung wird dann über eine Leitung 5, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Förderpumpe, in den ersten Reaktor 8 überführt. In diesen Reaktor wird der Komplex mit Kohlenmonoxid η Berührung gebracht, das unter Druck über eine Zu leitung 6 in den Reaktor 8 eingeführt wird. Die Re -< aktion zwischen dem Toluol und dem Kohlenmonoxic wird im ersten Reaktor 8 bei 0 C und einem Drucl von etwa 10 bar durchgerührt. Bei guter Durchmischung der Gasphase mit der flüssigen Phase, insbesondere hei ausreichend guter Rührung, läuft die Re κι aktion ausgesprochen rasch ab. Da die im Reaktions· gemisch vorliegende Bortrifluoridmenge nicht ausreicht, um im wesentlichen alles Toluol in p-Tolyl· aldehyd zu überführen, wird nicht das gesamte irr Reaktionssystem vorliegende Toluol in den p-Tolyl-ι s aldehyd-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 überfuhrt, als Mol Bortrifluorid im Reaktionssystem vorliegen,

2(i 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 erforder-

2i liehe Bortrifluorid, im vorliegenden Beispiel nur50°/< der erforderlichen Gesamtmenge, im Reaktionssystem vorliegen, wird jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit der Umwandlung des Toluols in den p-Tolylaldehyd außerordentlich erhöht. Die Bildungsgeschwindigkeil

j» des p-Tolylaldehyds oder die Absorptionsgeschwindigkeit des Kohlenmonoxids im Reaktionssystem häng! nämlich von der Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenmonoxids im System ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt also vom Partialdruck des Kohlenmonoxids

Γ) im ersten Reaktor 8 ab. Wenn die Konzentration des Bortrifluorids 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

4(i des Kohlenmonoxids groß wird. Obwohl die Bortrifluoridkonzentration im Komplex wesentlich geringer als für die Umsetzung des im wesentlichen gesamten Toluole 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 Bortrifluorid 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 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 Hinblick auf die Polymerisationsneigung des p-Tolylaldehyds

zu vermeiden. Der Reaktor ist daher vorzugsweise als Rührtank mit Außenkühlung ausgebildet. Vorzugsweise wird ein Tank mit :>i<"hrarmigem 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 Reaktor8 über eine Lcitung9 in einen zweiten Mischtank 11 überführt. Der Reaktionslösung wird im zweiten Mischtank 11 die Restmenge des erforderlichen Bortrifluorids zugesetzt. Dadurch kann das restliche noch in der Reaktionslösung vorliegende Toluol leicht und ohne Schwierigkeiten in den Toluol-Fluorwasseistoff-Bortrifluorid-Komplex überführt werden. Die im zweiten Misch- ;:, tank 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 Temperalur 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 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. ^ 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 Reaktionsprodukt, also der p-Tolylaldehyd-Fluorwasserstoff-Bortrifluorid-Komplex, wird aus dem zweiten 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 Zersetzungssäule werden Fluorwasserstoff und Bortrifluorid abgezogen. Nach Trennung beider Substanzen wird der gesamte Fluorwasserstoff über die Rückführungsleitung 2 in den ersten Mischtank 4 rückgefiihrt. 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 11 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 einer Temperatur von mindestens 110 C. Weiterhin erfolgt die Zersetzung in der Zersetzungssäule 18 bei einem Betriebsdruck, der über dem Betriebsdruck in den Mischtanks 4 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 Zersetzungssäuie rückgewonnenen Bortrifluorids eingesetzt zu werden. Diese Möglichkeit birgt wesentliche wirtschaftliche Vorteile in sich.

Erfindungsgemäß wird also in der als Ausführungsbeispiel beschriebenen Anlage ein Teil des Bortrifluorids dem Mischtank4, der vor den ersten Reaktor geschaltet ist, und der verbleibende Teil des Bortrifluorids 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 Bortrifluorids 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 eingeblasen 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 Zersetzungssäule 18 zu vermindern, kann dadurch nämlich eine höhere Betriebstemperatur im Mischtank 4 hingenommen werden.

Beispiel 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 iediglich 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

Toluolaufgabe (Mol)	1,0	1,0	0,55	0,55	0,25
HF-Aufgabe (Mol)	4,7	4,7	5,0	5,0	5,0
BFj-Aufgabe (Mol)	0,5	0,5	1,0	1,0	1.0

9 Fortsetzung	Krster Tank 4	24 60 673	10	Zersetzung·;- siiule
	0 -20 2,0 I	tirster Reaktor Zweiter Tank 11	Zweiter Reaktor	0,25 140 3
p-Tolyl-aldehyd-Ausbeute (Mol) Temperatur ( C) Druck (bar) Tabelle zu Versuchsbeispiel	0 0,45 0 -20 10 2,5	0,45 0 10

Erster Tank 4

Erster Reaktor Zweiter Tank ti Zweiter Reaktor Zersetzungssäule

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-Ausbeute	0	0	-	-	0,75
(Mol)
Temperatur ( C)	-20	0	-	-	140
Druck (bar)	4,0	15	-	-	S
Tabelle zu Beispiel 2
	Erster Tank 4	Erster Reaktor	Zweiter Tank 11	Zweiler Reaktor	Zersetzungs
					säule
Toluolaufgabe (Mol)	UO	1,0	0,40	0,40	0,10
HF-Aufgabe (Mol)	4,5	4,5	5,0	5.0	5,0
BFj-Aufgabe (Mol)	0,7	0,7	1,3	1,3	1,3
p-Tolyl-aldehyd-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 Vergluchsbeispiel 2

Erster Tank 4

Erster Reaktor Zweiter Tank 11 Zweiter Reaktor Zersetzungssäule

Toluolaufgabe (Mol)	1,0	1,0
HF-Aufgabe (Moi)	5,0	5,0
BFj-Aufgabe (Mol)	1,3	1,3
p-Tolyl-aldehyd-A usbeute	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

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von p-Tolyldldehyd 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.