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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von 2-t-Butyl-4-methylphenol
und 2-t-Butyl-5-methylphenol aus einem t-Butylkresol-Gemisch.
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2-t-Butyl-4-methylphenol (4M2B) und
2-t-Butyl-5-methylphenol (3M6B) sind als wichtige Verbindungen auf
dem Gebiet der Agrochemikalien und dgl. bekannt und werden weitverbreitet
verwendet.
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Zum Erhalt von 4M2B oder 3M6B ist
ein Verfahren bekannt, in dem m-Kresol und p-Kresol vorher aus einem
m,p-Kresol-Gemisch, das industriell leicht erhältlich ist, abgetrennt werden
und jedes Isomer butyliert wird.
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Ebenfalls ist ein Verfahren bekannt,
in dem ein m,p-Kresolgemisch dibutyliert wird, um ein Gemisch von
2,6-Di-t-butyl-4-methylphenol (4M26B) und 4,6-Di-tert-butyl-3-methylphenol
(3M46B) zu erhalten, das Gemisch dann getrennt und danach jedes Isomer
de-monobutyliert oder mit Kresolen transalkyliert wird.
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Jedoch müssen im ersteren Verfahren m-Kresol
und p-Kresol vorher aus einem m,p-Kresol-Gemisch abgetrennt werden, und weiter
müssen, nachdem
die getrennten Isomere jeweils butyliert sind, 4M2B oder 3M6B wieder
durch Destillation und dgl. aus dem Reaktionsprodukt, das nicht
umgesetztes Kresol und eine Verbindung eines dibutylierten Nebenprodukts
enthält,
abgetrennt und gereinigt werden.
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Zusätzlich müssen im letzteren Verfahren 4M26B
und 3M46B vorher aus dem dibutylierten Reaktionsgemisch eines m,p-Kresol-Gemisches
abgetrennt werden, und weiter müssen,
nachdem die Isomere jeweils de-monobutyliert oder mit Kresolen transalkyliert
sind, 4M2B oder 3M6B wieder durch Destillation und dgl. aus dem
Reaktionsprodukt, das Kresole und eine nicht umgesetzte dibutylierte
Verbindung enthält,
abgetrennt und gereinigt werden.
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Wie vorstehend beschrieben war zum
Erhalt von 4M2B und 3M6B in herkömmlichen
Verfahren eine Trennung in ein m-Isomersystem und ein p-Isomersystem,
wie Trennung in m-Kresol und p-Kresol in Ausgangssubstanzen für die Butylierungsreaktion eines
m,p-Kresol-Gemisches
oder Abtrennung in ein aus m-Kresol abgeleitetes Dibutylisomer und
ein aus p-Kresol abgeleiteten Dibutylisomer nach Dibutylierungsreaktion
erforderlich.
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Der Grund dafür ist, dass angenommen wurde,
dass es schwierig ist, 4M2B und 3M6B durch Destillation aus einem
solchen t-Butylkresol-Gemisch zu trennen und zu reinigen, da der
Unterschied in den Siedepunkten von 4M2B und 3M6B (127°C bzw. 132°C, jeweils
gemessen bei 2,67 kPa) klein ist und ein de-monobutyliertes oder
mit Kresolen transalkyliertes Reaktionsgemisch eines dibutylierten
Reaktionsgemisches eines m,p-Kresol-Gemisches oder ein butyliertes Reaktionsgemisch
eines m,p-Kresol-Gemisches Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt
als der von 4M2B und Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt als der von
3M6B enthält
(Industrial and Engineering Chemistry, 35, Nr. 3, 264 (1943)).
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Im Hinblick auf den Betrieb ist es
industriell vorteilhaft, 4M2B und 3M6B aus einem t-Butylkresol-Gemisch,
das 3M6B, 4M2B, Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt als der von
3M6B und Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als der von
4M2B enthält,
und unter Verwendung eines industriell leicht erhältlichen
m,p-Kresol-Gemisches als Ausgangssubstanz ohne eine Behandlung und
ohne Trennung in ein m-Isomer-System und ein p-Isomer-System im
Stadium der Ausgangssubstanzen erhalten wird, abzutrennen, und daher
war eine Entwicklung eines Verfahrens für eine solche Abtrennung in
starkem Maße
erwünscht.
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Unter diesen Umständen ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, 4M2B und 3M6B effektiv von einem t-Butylkresol-Gemisch,
das als einen Bestandteil 2-t-Butyl-4-methylphenol (4M2B), 2-t-Butyl-5-methylphenol
(3M6B), Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als der von
4M2B und Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt als der von
3M6B umfasst, das aus einem m,p-Kresol-Gemisch abgeleitet ist, auf
industriell vorteilhafte Weise abzutrennen.
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Diese Aufgabe wurde durch ein Verfahren zur
Abtrennung und Reinigung eines t-Butylmethylphenol-Isomers
von einem t-Butylkresol-Gemisch gelöst, umfassend, als einen Bestandteil,
2-t-Butyl-4-methylphenol (4M2B), 2-t-Butyl-5-methylphenol (5M6B),
Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als der von 4M2B,
und Verbindungen mit einem höheren
Siedepunkt als der von 3M6B, welches Destillationsschritte wie in
den Patentansprüchen
beschrieben umfasst.
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Das in der vorliegenden Erfindung
zu verwendende t-Butylkresol-Gemisch umfasst als einen Bestandteil
2-t-Butyl-4-methylphenol (4M2B), 2-t-Butyl-5-methylphenol (3M6B),
Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als der von 4M2B und
Verbindungen mit einem höheren
Siedepunkt als der von 3M6B, die alle von m- oder p-Kresolen abgeleitet wurden.
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Ein solches t-Butylkresol-Gemisch
ist bekannt und Beispiele davon schließen ein Reaktionsgemisch, erhalten
durch Butylierungsreaktion eines m,p-Kresol-Gemisches, ein Reaktionsgemisch,
erhalten durch Transalkylierung von Kresolen mit Di-t-butylkresolen,
die dibutylierte Verbindungen von m- und p-Kresolen sind, und ein
Reaktionsgemisch, erhalten durch Demonobutylierungsreaktion der
gleichen Di-t-butylkresole wie vorstehend beschrieben ein.
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Das für die Butylierungsreaktion
eines m,p-Kresol-Gemisches verwendete m,p-Kresol-Gemisch ist ein Gemisch eines meta-Isomers
und eines para-Isomers, und das Gemisch kann eine technisch zulässige Menge
eines ortho-Isomers enthalten.
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Als Butylierungsmittel wird üblicherweise Isobutylen
verwendet, und ein Isobutylen-Gasgemisch,
das andere Buten-Gase, wie 1-Buten und/oder 2-Buten, enthält, kann
ebenfalls verwendet werden, da letztere Buten-Gase weit weniger
reaktiv sind als Isobutylen und keine wesentliche Menge an Verunreinigungen
bilden.
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In einer solchen Butylierungsreaktion
ist jedoch, wenn Reaktionsbedingungen zur Herstellung eines monobutylierten
Isomers in großer
Menge gewählt
werden, die Bildung eines dibutylierten Isomers unvermeidlich, und
das Reaktionsprodukt enthält Verbindungen
mit niedrigerem Siedepunkt als der von 4M2B, wie nicht umgesetztes
Kresol, und Verbindungen mit höherem
Siedepunkt als der von 3M6B, wie ein dibutyliertes Isomer, zusammen
mit dem gewünschten
4M2B und 3M6B.
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Der Anteil an Kresol zu Di-t-butylkresol
in der Transalkylierungsreaktion von Kresolen mit Di-t-butylkresolen,
die dibutylierte Verbindungen von m- und p-Kresolen sind, ist nicht
besonders beschränkt,
und die Umsetzung wird üblicherweise
im Anteil um 1 : 1 im Hinblick auf die Reaktionseffizienz durchgeführt.
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Ebenfalls enthält in einer solchen Transalkylierungsreaktion
das Reaktionsprodukt Verbindungen mit niedrigerem Siedepunkt als
der von 4M2B, wie nicht umgesetztes Kresol, und Verbindungen mit
höherem
Siedepunkt als der von 3M6B, wie dibutylierte Kresole, zusammen
mit den gewünschten
Produkten 4M2B und 3M6B, wie im vorstehend beschriebenen Fall.
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Ferner werden auch in der De-monobutylierungsreaktion
von Di-t-butylkresol beide Butylgruppen unter Bildung von Kresol
abgespalten und verbleiben nicht umgesetzte Di-t-butylkresole zusammen mit dem gebildeten
4M2B und 3M6B.
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Der für eine übliche aromatische Alkylierungsreaktion
und eine Dealkylierungsreaktion verwendete Katalysator kann vorteilhafterweise
auch in einer solchen Butylierungsreaktion eines m,p-Kresol-Gemisches,
Transalkylierung von Kresolen mit Di-t-butylkresolen und Demonobutylierungsreaktion von
Di-t-butylkresolen verwendet werden.
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Der Katalysator schließt üblicherweise
einen sauren Katalysator ein und Beispiele davon sind protonische
Säuren,
wie Schwefelsäure
und dgl., Lewis-Säuren,
wie Aluminiumchlorid und dgl., und feste Säuren, wie eine Heteropolysäure und
dgl.
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Obwohl ein solches t-Butylkresol-Gemisch, wie
vorstehend beschrieben, und dgl., in dem die Zusammensetzung des
Gemisches nicht besonders beschränkt
ist, in der Abtrennung und Reinigung der vorliegenden Erfindung
ohne irgendeine Behandlung verwendet werden kann, wird es üblicherweise
mit einer Alkalie gewaschen, dann zur Destillation und Reinigung
verwendet. Die verwendete Alkalie ist nicht besonders beschränkt, und
eine wässrige
Natriumhydroxidlösung,
die industriell leicht erhältlich
ist und leicht gehandhabt wird, ist bevorzugt.
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Das Verfahren zur Abtrennung und
Reinigung von 2-t-Butyl-4-methylphenol (4M2B oder 2-t-Butyl-5-methylphenol
(3M6B) aus einem solchen t-Butylkresol-Gemisch umfasst Destillationsschritte:
- (a) (i) Abtrennen einer 4M2B-Fraktion, die
Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als der von 4M2B enthält, und
einer 3M6B-Fraktion, die Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt
als der von 3M6B enthält,
von dem t-Butylkresol-Gemisch,
- (ii) Abtrennen von 4M2B von der 4M2B-Fraktion, und
- (iii) Abtrennen von 3M6B von der 3M6B-Fraktion, wobei die Reihenfolge
von (ii) und (iii) beliebig festgelegt wird und (ii) und (iii) gleichzeitig
durchgeführt
werden können,
- (b) (i) Abtrennen von Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt
als der von 3M6B von dem t-Butylkresol-Gemisch, um eine die restlichen
Bestandteile enthaltende Fraktion zu erhalten,
- (ii) Abtrennen von Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt
als der von 4M2B von der Fraktion, um eine 4M2B und 3M6B enthaltende
Fraktion zu erhalten, und
- (iii) Abtrennen von 4M2B und 3M6B von der Fraktion,
- (c) (i) Abtrennen von Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt
als der von 4M2B von dem t-Butylkresol-Gemisch, um eine die restlichen
Bestandteile enthaltende Fraktion zu erhalten,
- (ii) Abtrennen von Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt als der von
3M6B von der Fraktion, um eine 4M2B und 3M6B enthaltende Fraktion
zu erhalten, und
- (iii) Abtrennen von 4M2B und 3M6B von der Fraktion,
- (d) (i) Abtrennen von Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt
als der von 3M6B von dem t-Butylkresol-Gemisch, um eine die restlichen
Bestandteile enthaltende Fraktion zu erhalten,
- (ii) Abtrennen von 3M6B von der Fraktion, und
- (iii) Abtrennen von 4M2B, oder
- (e) ein Verfahren, welches die Destillationsschritte umfasst:
- (i) Abtrennen von Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt
als der von 4M2B von dem t-Butylkresol-Gemisch, um eine Fraktion
zu erhalten, die 4M2B, 3M6B und Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt
als der von 3M6B enthält,
- (ii) Abtrennen von 4M2B von der Fraktion, und
- (iii) Abtrennen von 3M6B.
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Das Destillationsverfahren kann unter
Atmosphärendruck
und vermindertem Druck durchgeführt werden.
Jedoch da die Destillationstemperatur unter Atmosphärendruck
hoch ist, beträgt
die Destillationstemperatur, wie Bodentemperatur, 200°C oder weniger
unter verringertem Druck im Hinblick auf Produktqualität, Durchführbarkeit,
Verwendbarkeit und dgl. Daher ist bevorzugt, dass der Betriebsdruck üblicherweise
32 kPa oder weniger, vorzugsweise 1,5 bis 30 kPa, beträgt.
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Das Destillationsverfahren zum Abtrennen dieser
Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt und höherem Siedepunkt wird mit einer
Mehrschritt-Destillationssäule
mit einer theoretischen Bodenzahl von 30 bis 100, insbesondere 60
bis 80, durchgeführt. Selbstverständlich kann
eine höhere
theoretische Bodenzahl verwendet werden, jedoch kann in diesem Fall
ein gewünschter
Druck manchmal durch den Druckverlust nicht aufrechterhalten werden,
und eine Vorrichtung mit großem
Maßstab
ist erforderlich.
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Die Art der Destillationssäule ist
nicht besonders beschränkt,
und Beispiele davon schließen
jene mit einem Bodenstadium, einer Füllung und dgl. ein, und Beispiele
des Füllkörpers schließen Pall®-Ringe, Sulzer®-Drahtnetz
BX-Füllkörper und
dgl. ein (Destillation Design von H. Z. Kister).
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Die folgenden Beispiele veranschaulichen die
vorliegende Erfindung weiter, schränken aber den Bereich davon
nicht ein.
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Beispiel 1
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Abkürzung
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- 4M2B: 2-t-Butyl-4-methylphenol
- 3M6B: 2-t-Butyl-5-methylphenol
- dibutylierte Isomere: ein Gemisch von 2,6-Di-t-butyl-4-methylphenol
und 4,6-Di-t-butyl-3-methylphenol
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In einen mit einem Rührer, Gaseinblasrohr, Thermometer
und Kondensator ausgestatteten Reaktionsbehälter wird Kresol, in dem Schwefelsäure gelöst worden
war (Schwefelsäure
wird mit 1,2 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% Kresol gelöst), mit 795
g/Std. eingebracht, weiter die Butylierungsreaktion 8 Stunden bei
65°C unter
Normaldruck unter Einblasen eines gemischten Isobutylen-Gases, das 1-Buten,
2-Buten und dgl. enthält,
durchgeführt
und das erhaltene butylierte Reaktionsgemisch mit einer wässrigen
NaOH Lösung
neutralisiert. Zur Neutralisation werden 1,5 Äquivalente NaOH pro eingebrachter
Schwefelsäure
zugegeben und die Behandlung wird 3 Stunden bei 110°C durchgeführt, dann wird
eine wässrige
Schicht abgetrennt und die erhaltene Ölschicht mit Wasser gewaschen,
wobei 11,79 kg t-Butylkresol-Gemisch
(Kresol-Gehalt 6,4%, 4M2B-Gehalt 16,3%, 3M6B-Gehalt 13,3%, Gehalt
an dibutyliertem Isomer 58,6%, Gehalt der anderen Bestandteile 5,4%)
erhalten wird.
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Das Produkt wird unter Verwendung
einer Rektifiziersäule
mit einer theoretischen Bodenzahl von 80 bei einer Beschickungsbodenzahl
von 53, einem Rückflußverhältnis von
20, einem Druck des Säulenkopfs
von 6,7 kPa und einer Temperatur des Säulenkopfs von 127,6°C rektifiziert,
wobei ein Destillat, das 27,6% Kresol, 70,0% 4M2B und 0,3% 3M6B
enthält,
und ein Bodenextrakt erhalten wird, der 0,1% 4M2B, 17,2% 3M6B und
76,4% dibutylierte Isomere enthält.
Der Bodendruck bei diesem Verfahren beträgt 10,7 kPa und die Bodentemperatur 180,1°C.
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Das Destillat wird unter Verwendung
einer Rektifiziersäule
mit einer theoretischen Bodenzahl von 22 bei einer Beschickungsbodenzahl
von 11, einem Rückflußverhältnis von
3, einem Druck des Säulenkopfs
von 13,3 kPa und einer Temperatur des Säulenkopfs von 127,1°C rektifiziert,
wobei ein Destillat, das 93,2% Kresol enthält, und ein Bodenextrakt erhalten
wird, der 99,1% 4M2B und 0,5% 3M6B enthält. Der Bodendruck bei diesem
Verfahren beträgt 14,7
kPa und die Bodentemperatur 168,7°C.
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Der in der ersten Rektifizierung
erhaltene Bodenextrakt wird unter Verwendung einer Rektifiziersäule mit
einer theoretischen Bodenzahl von 30 bei einer Beschickungsbodenzahl
von 14, einem Rückflußverhältnis von
6, einem Druck des Säulenkopfs von
4,0 kPa und einer einer Temperatur des Säulenkopfs von 138,5°C rektifiziert,
wobei ein Destillat, das 0,6% 4M2B und 99,1% 3M6B enthält, und
ein Bodenextrakt erhalten wird, der 0,2% 3M6B und 92,2% dibutylierte
Isomere enthält.
Der Bodendruck in diesem Verfahren beträgt 4,8 kPa und die Bodentemperatur 164,5°C.
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Beispiel 2
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Das in Beispiel 1 erhaltene t-Butylkresol-Gemisch
(Kresol-Gehalt 6,4%, 4M2B-Gehalt 16,3%, 3M6B-Gehalt 13,3%, Gehalt
an dibutyliertem Isomer 58,6%, Gehalt der anderen Bestandteile 5,4%)
wird unter Verwendung einer Rektifiziersäule mit einer theoretischen Bodenzahl
von 30 bei einer Beschickungsbodenzahl von 14, einem Rückflußverhältnis von
6, einem Druck des Säulenkopfs
von 4,0 kPa und einer Temperatur des Säulenkopfs von 121,3°C rektifiziert,
wobei ein Destillat, das 17,5% Kresol, 44,7% 4M2B und 36,4% 3M6B
enthält,
und ein Bodenextrakt erhalten wird, der 92,3% dibutylierte Isomere enthält. Der
Bodendruck bei diesem Verfahren beträgt 4,8 kPa und die Bodentemperatur
164,6°C.
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Das Destillat wird unter Verwendung
einer Rektifiziersäule
mit einer theoretischen Bodenzahl von 22 bei einer Beschickungsbodenzahl
von 11, einem Rückflußverhältnis von
3, einem Druck des Säulenkopfs
von 4,0 kPa und einer Temperatur des Säulenkopfs von 100,7°C rektifiziert,
wobei ein Destillat, das 93,3% Kresol enthält, und ein Bodenextrakt erhalten
wird, der 0,1% Kresol, 55,0% 4M2B und 44,7% 3M6B enthält. Der
Bodendruck bei diesem Verfahren beträgt 5,3 kPa und die Bodentemperatur 143,1°C.
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Der Bodenextrakt wird unter Verwendung
einer Rektifiziersäule
mit einer theoretischen Bodenzahl von 80 bei einer Beschickungsbodenzahl
von 53, einem Rückflußverhältnis von
30, einem Druck des Säulenkopfs
von 13,3 kPa und einer Temperatur des Säulenkopfs von 166,0°C rektifiziert,
wobei ein Destillat, das 99,1% 4M2B und 0,5% 3M6B enthält, und
ein Bodenextrakt erhalten wird, der 0,7% 4M2B und 99,3% 3M6B enthält. Der
Bodendruck in diesem Verfahren beträgt 17,3 kPa und die Bodentemperatur 178,9°C.
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Beispiel 3
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Das in Beispiel 1 erhaltene t-Butylkresol-Gemisch
(Kresol-Gehalt 6,4%, 4M2B-Gehalt 16,3%, 3M6B-Gehalt 13,3%, Gehalt
an dibutyliertem Isomer 58,6%, Gehalt der anderen Bestandteile 5,4%)
wird unter Verwendung einer Rektifiziersäule mit einer theoretischen
Bodenzahl von 22 bei einer Beschickungsbodenzahl von 11, einem Rückflußverhältnis von
3, einem Druck des Säulenkopfs
von 13,3 kPa und einer Temperatur des Säulenkopfs von 127,1°C rektifiziert,
wobei ein Destillat, das 93,3% Kresol enthält, und ein Bodenextrakt erhalten
wird, der 17,5% 4M2B, 14,3% 3M6B und 62,9% dibutylierte Isomere enthält. Der
Bodendruck bei diesem Verfahren beträgt 14,7 kPa und die Bodentemperatur
183,3°C.
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Dieser Bodenextrakt wird unter Verwendung einer
Rektifiziersäule
mit einer theoretischen Bodenzahl von 80 bei einer Beschickungsbodenzahl
von 53, einem Rückflußverhältnis von
35, einem Druck des Säulenkopfs
von 6,7 kPa und einer Temperatur des Säulenkopfs von 147,0°C rektifiziert,
wobei ein Destillat, das 99,1% 4M2B und 0,5% 3M6B enthält, und
ein Bodenextrakt erhalten wird, der 17,2% 3M6B und 76,4% dibutylierte
Isomere enthält.
Der Bodendruck in diesem Verfahren beträgt 10,7 kPa und die Bodentemperatur
180,1°C.
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Ferner wird dieser Bodenextrakt unter
Verwendung einer Rektifiziersäule
mit einer theoretischen Bodenzahl von 30 bei einer Beschickungsbodenzahl
von 14, einem Rückflußverhältnis von
8, einem Druck des Säulenkopfs
von 4,0 kPa und einer Temperatur des Säulenkopfs von 138,5°C rektifiziert, wobei
ein Destillat, das 0,7% 4M2B und 99,3% 3M6B enthält, und ein Bodenextrakt erhalten
wird, der 0,2% 3M6B und 92,2% dibutylierte Isomere enthält. Der Bodendruck
in diesem Verfahren beträgt
4,8 kPa und die Temperatur des Bodenextrakts 164,5°C.
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Gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung können
4M2B und 3M6B industriell vorteilhaft und effizient von einem t-Butylkresol-Gemisch abgetrennt
werden, das aus einem m,p-Kresol-Gemisch abgeleitet ist.