DE3826320A1 - Verfahren zum fuehren einer bei erhoehter temperatur ablaufenden reaktion und vorrichtung zum herstellen von thermisch empfindlichen produkten bei erhoehten temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Führen einer bei erhöhter Temperatur ablaufenden Reaktion, bei der thermisch empfindiche Produkte entstehen. Die Erfindung betrifft insbesondere diskontinuierliche Verfahren. Dabei werden häu­ fig Rührreaktoren mit innen- und außenliegenden Heizschlangen verwendet. Da die im oder am Rührreaktor installierbare Wär­ meaustauschfläche durch die vorgegebene Geometrie und die vorgegebenen Maße des Rührreaktors begrenzt ist, hat auch die Raumzeitausbeute eine obere Schranke. Die Reaktion kann zum Erhöhen des Durchsatzes auch nicht bei einer höheren Tem­ peratur durchgeführt werden, da die entstehenden und auch meist die eingesetzten Produkte thermisch empfindlich sind. Die thermische Empfindlichkeit führt zu teilweiser Zerset­ zung, zu Crack-Prozessen und anderen Nebenreaktionen. Auch Folgereaktionen der gewünschten Reaktionsprodukte treten in größerem Umfang auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zu schaffen, welche eine größere Raumzeitausbeute als bei den bekannten Verfahren und Vorrich­ tungen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zum Aufheizen und/oder Kühlen mindestens ein vom Reaktor unabhängiger Wärmeüberträger verwendet wird. Die Erfindung schließt ausdrücklich auch als Suspensionen vorliegende Reaktions­ gemische ein, die einen oder mehrere Feststoffe enthalten.

Durch dieses Entkoppeln der Verfahrensschritte Aufheizen und Reagieren entfällt die Begrenzung der Wärmeaustauschflächen durch die von der Reaktion her vorgegebenen geometrischen Ausmaße des Reaktors. Unabhängig von Bauart und Abmessungen des Reaktors kann damit die Wärmeaustauschfläche gestaltet und erweitert werden. Erfindungsgemäß kann damit ein für den Reaktionsablauf optimaler Reaktor verwendet werden, bei dessen Wahl nicht auf die Wärmeaustauscheigenschaften ge­ achtet werden muß, und andererseits ein hinsichtlich der Wärmeaustauscheigenschaften otpimaler Wärmeüberträger gewählt werden, bei dessen Wahl der Reaktionsablauf unberücksichtigt bleiben darf.

Da die Chargendauer, die sich aus der Reaktionszeit, den Aufheiz- und Abkühlzeiten sowie eventuell bei bestimmten Re­ aktionen aus der Zeit zum Abdestillieren von Kondensations­ produkten ergibt, zu einem sehr großen Anteil von der Größe der Wärmeaustauschflächen bestimmt ist, kann erfindungsgemäß die Gesamtchargendauer gesenkt und damit die Raumzeitausbeute erheblich vergrößert werden.

Probleme, die Raumzeitausbeute zu erhöhen, stellen sich bei Gleichgewichtsreaktionen, bei denen zum Erreichen des End­ umsatzes ein Reaktionsprodukt aus dem Ansatz als gasförmige Phase entfernt werden muß. Dies ist insbesondere bei Verfahren zum Herstellen von Estern aus Carbonsäuren und Al­ koholen der Fall. Veresterungsreaktionen sind typische Gleichgewichtsreaktionen, bei denen größere Ausbeuten nur durch kontinuierliches Abführen von Reaktionswasser erzielt werden können. Wegen der kleinen Flüssigkeitsoberfläche der Reaktionslösung beim Einsatz eines Rührkessels ist der Stoff­ übergang des Veresterungswassers in die Gasphase, die laufend ausgeschleust wird, gering. Bei der daraus resultierenden relativ langen Reaktionszeit kommt es außerdem zu unerwünsch­ ten Neben- und Folgereaktionen.

Die Reaktionszeit und damit ein weiterer Anteil an der Char­ gendauer wird also weitgehend von der Geschwindigkeit be­ stimmt, mit der das Reaktionswasser abdestilliert werden kann. Wenn man die Reaktion in einem Rührkessel ablaufen läßt, muß der Nachteil in Kauf genommen werden, daß wegen des relativ großen Verhältnisses von Reaktionsvolumen zu Flüssig­ keitsoberfläche die Abdestillierrate relativ niedrig und damit die Reaktionszeit relativ lang ist.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird für Verfahren der ein­ gangs genannten Art zum Führen von Gleichgewichtsreaktionen, bei denen zum Erreichen des Endumsatzes ein Reaktionsprodukt aus dem Ansatz als gasförmige Phase entfernt werden muß, weiterhin vorgeschlagen, daß zum Entfernen dieses Reaktions­ produkts eine vom Reaktor getrennte Einrichtung verwendet wird, in der das als Flüssigkeit oder als Suspension vor­ liegende Reaktionsgemisch eine größere Flüssigkeits-Gas-Pha­ sengrenzfläche als im Reaktor hat. Durch diese Entkoppelung der Verfahrensschritte Reaktion und Stoffaustausch zwischen Flüssigkeit und Gas wird ermöglicht, daß die genannte ge­ trennte Einrichtung unabhängig von den Erfordernissen der Reaktion für einen möglichst optimalen Stoffaustausch zwi­ schen Flüssigkeit und Gas ausgelegt ist. Dazu sollte diese Einrichtung eine möglichst große spezifische Flüssigkeits­ oberfläche ermöglichen.

Zum Erzielen einer großen Flüssigkeitsoberfläche muß die Flüssigkeit in Tropfen oder in dünne Filme aufgeteilt werden. Daher wird weiterhin vorgeschlagen, daß als die vom Reaktor getrennte Einrichtung eine Versprüheinrichtung, insbesondere eine Sprühkolonne, verwendet wird. Aber auch andere Verteil­ einrichtungen sind ohne weiteres möglich. Wichtig ist, daß solche Einrichtungen nicht nur für Flüssigkeiten geeignet sind, sondern auch das feine Versprühen von Suspensionen gestatten, so daß der Katalysator oder ein oder mehrere Edukte fest sein können.

Wenn man Feststoffe als dispergierte Katalysatoren oder als Reaktionsteilnehmer im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet, muß die Verteilungseinrichtung für die Flüssigkeit besonders konstruktiv ausgestaltet sein, so daß sich kein Feststoff ablagern kann. Außerdem ist eine besondere Ausführungsform der Umwälzpumpe erforderlich, um einen Verschleiß oder ein Festsetzen der Pumpe zu vermeiden.

Eine wichtige Rolle bei der Wahl der vom Reaktor getrennten Verteilungseinrichtung spielen die Stoffeigenschaften. Bei einer relativ hohen Viskosität bietet sich z. B. eine Ver­ sprüheinrichtung an. In anderen Fällen sind Boden-, Füll­ körper- sowie Fallfilm- oder Dünnschichtapparate geeignet.

Der eingangs genannte, zum Aufheizen verwendete und vom Reaktor unterschiedliche Wärmeüberträger kann als beliebiger konventioneller Apparat ausgestaltet sein. Es kann sich z. B. um einen Rohrbündel-, Platten-, Spiral- oder Fallfilm- oder Dünnschichtwärmeaustauscher handeln. Es ist jedoch darauf zu achten, daß dieser Wärmeüberträger einen hohen Wärmedurch­ gangskoeffizienten, eine geringe Temperaturdifferenz und eine kurze Verweilzeit aufweist, damit eine schonende Aufheizung ermöglicht wird.

Da die Reaktion in einem vom Wärmeüberträger unterschiedli­ chen Reaktor stattfindet, aber vom Wärmeüberträger auf Reak­ tionstemperatur gehalten werden soll, wird weiterhin vorge­ schlagen, daß das Reaktionsgemisch kontinuierlich durch den Wärmeüberträger gefördert wird.

Das Entfernen eines Reaktionsprodukts, z. B. des bei Ver­ esterung entstehenden Reaktionswassers aus der flüssigen Phase wird gefördert, wenn die Einrichtung mit Unterdruck betrieben wird. Zum Senken des Partialdrucks des zu ver­ dampfenden Wassers kann auch ein Inertgas durch die Ein­ richtung geführt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß nach der Reaktion das Reaktionsprodukt durch eine nachfolgende Destillation in der als Filmverdamp­ fer ausgebildeten oder in der vom Reaktor getrennten Ein­ richtung gereinigt wird. In herkömmlichen Anlagen ist oft eine Überführung des Produkts nach dem Reaktionsablauf in eine externe Destillationsapparatur notwendig, um das Produkt zu reinigen. Dagegen kann nach dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren die Destillation bei niedriger Temperatur direkt im Filmverdampfer durchgeführt werden. Ebenso kann die Destil­ lation auch in einer Anordnung eines externen Wärmeüberträ­ gers mit einer Flüssigkeitsverteileinrichtung durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur für Veresterungs-, sondern auch für Kondensations- oder Um­ esterungsreaktionen, insbesondere für Glycerinolyse, Amino­ lyse und Guerbetisierung. Dabei werden durch die Verwendung des externen Wärmeüberträgers und damit aufgrund der erheb­ lich vergrößerten Wärmeaustauschflächen und des besseren Wärmeübertrages auf der Produktseite deutlich niedrigere Aufheiz- und Abkühlzeiten benötigt. Damit ist das Reaktions­ gemisch während wesentlich kürzerer Zeiten hohen Temperaturen ausgesetzt, so daß unerwünschte Neben- und Folgereaktionen weitgehend unterdrückt werden. Durch das Vermeiden von Neben- und Folgereaktionen entfallen auch aufwendige Reinigungs­ operationen wie Desodorierung und Bleichung der Produkte.

Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Herstellen von thermisch empfindlichen Produkten bei erhöhten Temperaturen mit einem Reaktor und einer Heizeinrichtung vor, die als we­ nigstens ein außerhalb des Reaktors angeordneter, an diesen angeschlossener Wärmeüberträger ausgebildet ist. In dieser Vorrichtung wird die zur Verfügung stehende Wärmeaustausch­ fläche nicht durch die Größe des Reaktors beschränkt, sondern hängt nur von der Auslegung des Wärmeüberträgers ab. So kann eine wesentlich schnellere Aufheizung und Abkühlung des Reak­ tionsgemisches erreicht werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wär­ meüberträger als Fallfilmverdampfer ausgebildet. Derartige Verdampfer weisen eine besonders große Austauschoberfläche und eine geringe Filmdicke des aufzuwärmenden Reaktionsge­ misches auf. Damit ist eine besonders schnelle und homogene Aufheizung möglich.

Dabei besteht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß der Filmverdampfer über einen Anschlußstutzen direkt am Reaktor angeordnet ist. Dann können nämlich die entstehenden Brüden aus dem Reaktor abgeführt werden und in diesen eintreten. Im Gegenstromverfahren können die Brüden direkt am Kopf des Verdampfers abgeführt werden. Der senk­ recht auf den Reaktor aufgesetzte Fallfilmapparat kann als Rohrbündel in nahezu beliebiger Größe ausgeführt werden. Im Betrieb wird die Flüssigkeit aus dem Reaktor mit einer Pumpe auf den Kopf des Fallfilmwärmeaustauschers gefördert. Das flüssige Gemisch fließt auf der Innenseite als dünner Film herunter und in den Reaktor zurück. Dadurch ist eine nur geringe Temperaturdifferenz zwischen Produkt und Heizmedium im Außenraum des Rohrbündels notwendig. Als Folge davon wer­ den die Produkte nur während kurzer Verweilzeiten an den be­ heizten Flächen thermisch beansprucht.

Sind die Ausgangsstoffe bei Umgebungstemperatur fest, so kann zum Aufschmelzen von festen Ausgangsstoffen bzw. zum Auf­ rechterhalten der Temperatur im Reaktor am äußeren Mantel des Reaktors eine Mantelbeheizung angeordnet sein.

Die Erfindung wurde in vielen Versuchen ausgeführt und gete­ stet. Besonders erfolgreich verlief die Herstellung von Fu­ maraten und Ölsäureoleylester, bei denen die Reaktionszeit erheblich, nämlich um mehr als 50% reduziert werden konnte. Auch bei der Herstellung anderer Produkte wurde die Gesamt- Chargenzeit verkürzt, wenn auch die Reaktionszeit in einigen Fällen die gleiche blieb.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Reaktor, eine Umwälzpumpe und der Wärmeüberträger in Reihe im Kreis geschaltet. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Entkoppelung von Aufheizen und Reagieren verwirklicht werden.

In einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Anlage eine Einrichtung mit einer größeren Flüssigkeits-Gas-Phasengrenzfläche als der Reaktor auf, an dessen Eingang der Ausgang der genannten Ein­ richtung angeschlossen ist. Diese Einrichtung kann eine Film­ kolonne oder eine Sprühkolonne oder eine andere Apparatur zum Vergrößern der Flüssigkeitsoberfläche sein. Aus dieser Ein­ richtung fließt das Reaktionsgemisch, nachdem eine größere Menge an flüchtigem Nebenprodukt wie Veresterungswasser ver­ dampft ist, in den Reaktor zurück.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len und Zeichnungen näher erläutert.

In einem Ausführungsbeispiel wurden Fumarate hergestellt. Das Ausgangsmaterial Fumarsäure liegt mit einem Schmelzpunkt von 300°C und einem Anteil von anfangs 30% während der Reaktion als Feststoff vor. Die erfindungsgemäße Anlage ließ sich den­ noch problemlos anfahren und betreiben, da sie für das Umwälzen und Fördern von mit Feststoff beladenen Flüssig­ keiten ausgerüstet wurde. Auch am Flüssigkeitsverteiler des als Fallfilmverdampfers ausgebildeten Wärmeüberträgers wurden keine Produktablagerungen festgestellt.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sinkt durch den verbes­ serten Stoffübergang die erforderliche Reaktionstemperatur bei der Fumaratherstellung von 220°C im Rührkesselbetrieb auf etwa 180°C beim Beheizen mit dem Fallfilmverdampfer.

Die Erfindung, zum Beheizen eines diskontinuierlich betrie­ benen Reaktors einen externen Wärmeaustauscher, insbesondere einen Fallfilmverdampfer einzusetzen, hat sich bei allen untersuchten Produkten bewährt. Neben der Chargenzeitver­ kürzung während der Aufheizphase durch den verbesserten Wärmeübergang und die gegenüber einem mit Mantelheizung ver­ sehenen Rührkessel nahezu beliebig vergrößerbare Wärmeaus­ tauschfläche ergaben sich bei einigen der untersuchten Pro­ dukte auch deutlich kürzere Reaktionszeiten. Die erfin­ dungsgemäße produktschonendere Fahrweise, die durch nie­ drigere Reaktions- und Heizflächentemperaturen bedingt ist, ermöglicht zusätzlich eine Qualitätssteigerung bei besonders empfindlichen Produkten.

Eine Modellrechnung für eine solche, erfindungsgemäße Anlage ergab ohne Berücksichtigung sonstiger produktspezifischer Vorteile während der Reaktionsphase beim Vergleich der Aufheiz- und Abkühlphase einer Anlage mit externen Wärmeaus­ tauschern entsprechend der Erfindung gegenüber dem bekannten, einfachen, mantelbeheizten Rührkessel eine mögliche Chargen­ zeitverkürzung von mehr als 5 Stunden.

In Fig. 1 ist eine der möglichen erfindungsgemäßen Vorrich­ tungen schematisch dargestellt. Über die Apparaturen (1), (13), (56) und (53) läuft das Reaktionsgemisch im Kreis. Das Kondensat wird über den Kondensator (54) und die Vakuumpumpe (55) abgezogen.

Aus dem Reaktor (1) wird das Reaktionsgemisch von der Umwälz­ pumpe (13) durch den Wärmeüberträger (56) in die Kolonne (53) gepumpt, welche eine Film- oder Sprühkolonne sein kann.

Aus der Kolonne (53) fließt oder tropft das Reaktionsgemisch, nachdem dessen flüchtige Bestandteile über den Kondensator (54) und die Vakuumpumpe (55) abgezogen worden sind, in den Reaktor (1) zurück.

In Fig. 2 ist ein detailliertes Verfahrensfließbild einer Mehrzweckreaktoranlage mit einem externen Heiz- und Kühlsy­ stem entsprechend der Erfindung dargestellt.

Eine Mehrzweckreaktoranlage für Veresterungs- und Umesterungsprozesse oder dgl. weist einen Reaktor (1) mit Rührer (2) und Rührermotor (3) auf. Am äußeren Mantel (4) des Reaktors (1) ist eine Mantelbeheizung (5) angeordnet, durch welche über Leitungen (6) und (7) ein Heizmedium, wie Heizdampf, geführt ist.

Im oberen Bereich des Reaktors (1) ist ein Anschlußstutzen (8) angeordnet, auf den ein Fallfilmverdampfer (9) aufgesetzt ist. Dieser Fallfilmverdampfer (9) wird über Leitungen (10) und (11) mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium versorgt.

Vom Reaktor (1) führt eine Umwälzleitung (12) weg, in der eine Förderpumpe (13) angeordnet ist. Die aus der Förderpumpe (13) geführte Leitung (16) ist über zwei Ventile (21 und 22) in eine Rückführleitung (23) und eine Produktabführleitung (24) verzweigt, wobei die Rückführleitung (23) über den Fallfilmverdampfer (9) in den Reaktor (1) zurückgeführt ist.

Eine Feedleitung (25) ist über zwei Ventile (26 und 27) in den Reaktor (1) bzw. den Fallfilmverdampfer (9) geführt.

Am Reaktor (1) ist eine Brüdenleitung (28) angeordnet, welche durch einen Wärmeaustauscher (29) geführt ist. Die Brüdenlei­ tung (28) mündet in einen Kondensator (30), der über Leitun­ gen (31), (32) von einem Kühlfluid durchströmt wird. Am Aus­ tritt des Kondensators (30) ist eine Leitung (33) angeordnet, die in einen Abscheider (34) mit Trennschichtregler (35) mün­ det. Dabei ist an den Trennschichtregler (35) eine Rückführ­ leitung (36) angeschlossen, die über das Ventil (38) in den Reaktor (1) zurückgeführt ist. Das Produkt kann aber auch in den Behälter (40) geleitet werden. Über die an den Konden­ sator (30) angeschlossene Leitung (43) kann im System Unter­ druck erzeugt werden.

Am Fuß des Abscheiders (34) ist eine Leitung (37) angeordnet, die über ein Ventil (39) in den Behälter (41) mündet. Der Inhalt der Behälter (40, 41) kann dabei über die Leitungen (42, 44) abgeführt werden.

Die Ausgangsstoffe werden über die Feedleitung (25) dem Re­ aktor (1) zugeführt. Dabei erfolgt die Zuleitung entweder durch Öffnen des Ventils (26) direkt in den Reaktor (1), wenn feste Ausgangsstoffe vorhanden sind, oder durch Öffnen des Ventils (27) zur Vorwärmung über den Fallfilmverdampfer (9) in den Reaktor (1). Nachdem der Reaktor (1) vollständig gefüllt ist, werden die Ventile (26) bzw. (27) geschlossen. Liegen nur feste Ausgangsstoffe vor, so wird über die Mantel­ beheizung (5) der Reaktor (1) erwärmt, um eine Suspension bzw. ein flüssiges Gemisch zu erhalten. Über den Rührer (2) wird dabei jederzeit eine homogene Verteilung im Reaktor (1) erreicht. Gleichzeitig wird durch die Mantelbeheizung (5) die jeweilige Reaktionstemperatur im Reaktor (1) aufrechter­ halten.

Zum weiteren Erwärmen und während der Reaktionsphase wird der Ausgangsstoff von der Förderpumpe (13) über die Umwälzleitung (12) aus dem Reaktor (1) abgezogen und gelangt über die Lei­ tung (16) und die Rückführleitung (23) in den Fallfilmver­ dampfer (9) und wird dort erwärmt, um über den Anschluß­ stutzen (8) in den Reaktor (1) zurückzugelangen.

Das Reaktionsgemisch wird anschließend etwa 5 bis 20mal pro Stunde kontinuierlich von der Förderpumpe (13) durch die Um­ wälzleitung (12), Leitung (16) und Rückführleitung (23) je­ weils hintereinander im Kreislauf durch den Fallfilmver­ dampfer (9) und den Reaktor (1) gefördert. Nach einer be­ stimmten Aufheizzeit entstehen dabei im Verdampfer (9) Brüden, die bei Veresterungs- und Umesterungsreaktionen, Glycerinolysen, Aminolysen und Guerbetisierung insbesondere verdampftes Wasser und Alkohol enthalten.

Die Brüden gelangen vom Fallfilmverdampfer (9) über den Reaktor (1) in die Brüdenleitung (28) und werden im Wärme­ austauscher (29) teilweise abgekühlt, so daß der flüssige Bestandteil in den Reaktor (1) zurückfließt, während die restlichen Brüden in den Kondensator (30) geführt und in diesem abgekühlt werden. Die verflüssigten Brüden fließen aus dem Kondensator (30) über die Leitung (33) in den Abscheider (34). Dabei gelangt die leichtere Phase über den Trenn­ schichtregler (35) in die Rückführleitung (36) und über diese in den Reaktor (1) zurück oder kann bei Bedarf in den Be­ hälter (40) abgelassen werden. Die schwere, wasserhaltige Phase dagegen wird über die Leitung (37) in den Behälter (41) abgeführt und kann über die Leitung (42) entnommen werden.

Das vom Reaktor (1) über die Umwälzleitung (12), Leitung (16) und Rückführleitung (23) in den Fallfilmverdampfer (9) und zurück in den Reaktor (1) umgewälzte Reaktionsprodukt wird solange im Fallfilmverdapfer (9) beheizt, bis die gewünsch­ ten Reaktionen vollständig abgelaufen sind. Während dieser Zeit wird der Fallfilmverdampfer (9) mit einem Heizmedium beaufschlagt. Anschließend wird der Fallfilmverdampfer (9) von Heizen auf Kühlen umgeschaltet, wobei der Fallfilmver­ dampfer (9) mit einem Kühlmedium beaufschlagt wird. Auch während der Kühlung im Fallfilmverdampfer (9) wird das Reak­ tionsprodukt zuerst vom Reaktor (1) über die Umwälzleitung (12), Leitung (16) und Rückführleitung (23) in den Fallfilm­ verdampfer (9) und den Reaktor (1) zurück umgewälzt.

Durch die Umlaufkühlung im Fallfilmverdampfer (9) findet eine sehr schnelle Abkühlung des Reaktionsgemisches statt, so daß Neben- und Folgereaktionen weitestgehend vermieden werden. Je nach der erforderlichen Abkühlung des Reaktionsgemisches wird dabei der Kühlkreislauf mehrfach durchlaufen.

Nach ausreichender Abkühlung wird das Ventil (21) geschlossen und das Ventil (22) geöffnet, so daß das Reaktionsprodukt über die Leitung (24) entnommen werden kann. Wenn der Reaktor (1) vollständig entleert ist, kann dann über die Feedleitung (25) eine neue Charge zugeführt werden.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann anstelle des Fallfilmverdampfers (9) auch ein Dünnschicht- oder Kurzwegverdampfer eingesetzt werden. Ebenso kann die Energie über andere Wärmeüberträger-Bauarten eingetragen werden, wenn am Reaktor eine Einrichtung zum Er­ zeugen großer Flüssigkeits/Gas-Phasengrenzflächen installiert ist, wie z. B. eine Sprüheinrichtung. Der Verdampfer (9) kann auch in Gegenstromfahrweise betrieben werden. Bei dieser Betriebsart werden die Brüden am Verdampferkopf abgezogen, wobei das flüssige Reaktionsprodukt in den Reaktor zurück­ läuft.

Alternativ ist es auch möglich, daß das Reaktionsgemisch nach der Reaktion vom Reaktor in einen Platten-, Rohrbündel- oder Spiralwärmeaustauscher gefördert und in diesem abgekühlt wird. Dadurch läßt sich z. B. eine schnelle Abkühlung von bei tiefen Temperaturen sehr zäh werdenden Produkten erreichen. Der Einsatz eines solchen Kühlers ist z. B. auch dann sinn­ voll, wenn der Verdampfer mit mit Wasser nicht mischbaren Heizmedien, wie Thermalöl, betrieben wird.

Weiterhin kann nach dem Ablauf der gewünschten Reaktion das Reaktionsprodukt direkt im Verdampfer destillativ gereinigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für eine Vielzahl von chemischen Reaktionen eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zum Durchführen von Ver­ esterungs-, Umesterungsreaktionen sowie Glycerinolyse, Amino­ lyse, Guerbetisierung eingesetzt. Bei diesen Umsetzungen han­ delt es sich in der Regel um Reaktionen, die zum Erzielen einer hinreichend großen Reaktionsgeschwindigkeit bei Tem­ peraturen durchgeführt werden müssen, bei denen Ausgangs­ stoffe und/oder Produkte bereits thermisch labil sind sowie Folgereaktionen und Nebenreaktionen unterliegen. Des weiteren handelt es sich in den meisten Fällen um Gleichgewichts­ reaktionen. Zur Erzielung einer ausreichenden Ausbeute ist es daher in den meisten Fällen notwendig, ein Reaktionsprodukt fortlaufend aus dem Reaktionssystem zu entfernen. Da dieses Ausschleusen über die Gasphase erfolgt, ist ein guter Stoffübergang der auszuschleusenden Komponente aus dem üb­ licherweise flüssigen Reaktionsgemisch in die Gasphase be­ sonders wichtig.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Umsetzen von Alkoholen mit 6- 24 Kohlenstoffatomen mit Carbonsäuren mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen eingesetzt. Diese Reaktionen werden üb­ licherweise bei Temperaturen oberhalb von 200°C und mit Reaktionszeiten von 3-20 Stunden durchgeführt. Bei diesen Temperaturen unterliegen sowohl Ausgangsstoffe als auch Produkte bereits in größerem Umfang Zerfalls-, Neben- und Folgereaktionen.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Darstellen von Ölsäureoleyl­ ester aus Ölsäure und Oleylalkohol eingesetzt. In dieser be­ sonders bevorzugten Ausführungsform kann die Reaktionszeit gegenüber dem üblichen Reaktionskessel deutlich verkürzt wer­ den. Dies ist vor allem eine Folge des deutlich verbesserten Übergangs des Reaktionswassers in die auszuschleusende Gas­ phase.

In einer weiteren, ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Verestern von Iso­ tridecylalkohol mit Stearinsäure eingesetzt. Bei dieser Reak­ tion wird üblicherweise der Alkohol in einem großen Überschuß eingesetzt. Im Falle dieser besonders bevorzugten Ausfüh­ rungsform bietet der Einsatz eines Fallfilmverdampfers beim Abtrennen des überschüssigen Alkohols nach Ende der Reaktion besondere Vorteile.

In einer weiteren, ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Verestern von Me­ thylcyclohexanol mit Phthalsäureanhydrid unter Bilden des Diesters eingesetzt. In diesem Falle ist der Einsatz des er­ findungsgemäßen Verfahrens vor allem zur Produkterwärmung besonders vorteilhaft, da wegen der vergleichsweise geringen Heizflächenbelastung im Vergleich zum einfachen Rührkessel­ betrieb eine thermische Produktschädigung weitgehend ver­ mieden werden kann.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren für das Umsetzen von Alkoholen mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen mit kurzkettigen, polymeri­ sierbaren Carbonsäuren eingesetzt.

Im Falle des Umsetzens von Behenylalkohol mit Fumarsäure, einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, kann die Reaktionszeit um etwa 40 bis 80% gesenkt werden. Auch ist es möglich, bei Arbeiten unter vermindertem Druck bereits bei Temperaturen von etwa 180°C ausreichende Reaktionsgeschwindigkeiten zu erzielen. Vergleichbare Vorteile werden beim Umsetzen von Fumarsäure mit einem Gemisch von Alkoholen mit im wesentlichen 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, einer weiteren, ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, erzielt. In allen Fällen wurde die aus den Edukten durch Rühren erzeugte Suspension mit den ungelösten Fumarsäure-Partikeln über die Pumpe (13) und den Fallfilmverdampfer (9) umgewälzt.

Claims (14)

1. Verfahren, insbesondere diskontinuierliches Verfahren zum Führen einer bei erhöhter Temperatur ablaufenden Reaktion, bei der thermisch empfindliche Produkte entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufheizen und/oder Kühlen mindestens ein vom Reaktor (1) unabhängiger Wärmeüberträger (9, 30, 56) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Führen von Gleichge­ wichtsreaktionen, bei denen zum Erreichen des Endumsatzes ein Reaktionsprodukt aus dem Ansatz als gasförmige Phase entfernt werden muß, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entfernen dieses Reaktionsprodukts eine vom Reaktor (1) getrennte Einrichtung (9, 53) verwendet wird, in der das als Flüssigkeit oder als Suspension vorliegende Reaktionsgemisch eine größere Flüs­ sigkeits-Gas-Phasengrenzfläche als im Reaktor (1) hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als die vom Reaktor (1) getrennte Einrichtung eine Ver­ sprüheinrichtung, insbesondere eine Sprühkolonne (53), ver­ wendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch kontinuierlich durch den Wärmeüberträger (56) gefördert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9, 53) mit Unterdruck betrieben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einrichtung (9, 53) ein Inertgas geführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Reaktion das Reaktionsprodukt durch eine nachfolgende Destillation in der als Filmver­ dampfer (9) ausgebildeten oder in der vom Reaktor getrennten Einrichtung (53, 56) gereinigt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es zu Kondensations- oder Umesterungsreak­ tionen, insbesondere für Glycerinolyse, Aminolyse und Guer­ betisierung eingesetzt wird.

9. Vorrichtung zum Herstellen von thermisch empfindlichen Produkten bei erhöhten Temperaturen mit einem Reaktor (1) und einer Heizeinrichtung (56), dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung als wenigstens ein außerhalb des Reaktors (1) angeordneter, an diesen angeschlossener Wärmeüberträger (56) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeüberträger (56) als Filmverdampfer, insbesondere als Fallfilmverdampfer (9) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filmverdampfer (9) über einen Anschlußstutzen (8) direkt am Reaktor (1) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reaktor (1), eine Umwälzpumpe (13) und der Wärmeüberträger (56) in Reihe im Kreis geschaltet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (53) mit einer größeren Flüssigkeits-Gas- Phasengrenzfläche als der Reaktor, an dessen Eingang der Ausgang der Einrichtung (53) angeschlossen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (53) innerhalb des Reaktors (1), aber oberhalb der kontinuierlichen Flüssigkeitsoberfläche des Reaktors (1) angeordnet ist.