DE69821991T2

DE69821991T2 - Gewinnung von niedrigen Alkylalkoholen von Strippen-Gemischen

Info

Publication number: DE69821991T2
Application number: DE69821991T
Authority: DE
Inventors: Earl James TROUT; Allen Gary BUSCH
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: TR200001893T2; BR9813792A; JP4316135B2; EP1045855A2; WO1999035152A3; JP2002500228A; DE69821991D1; CN1168732C; ATE260292T1; MY128649A; CA2316217C; US6545146B1; EP1045855B1; WO1999035152A2; AU747023B2; CA2316217A1; AU2090599A; CN1285839A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf Verfahren zur Entfernung von Niederalkylalkohol aus Polyolfettsäurepolyestern durch Kontaktieren des Polyolfettsäureesters und der Niederalkylalkoholmischung mit einer Stripping-Mischung, umfassend ein inertes Stripping-Gas, Niederalkyalkohol und Sauerstoff. Nach einem solchen Kontakt wird die Konzentration des Niederalkylalkohols in der Stripping-Mischung erhöht. Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren mit hohem energetischen Wirkungsgrad zur Entfernung des Niederalkylalkohols aus der Stripping-Mischung durch Erhöhung des Drucks und Herabsetzung der Temperatur der Stripping-Mischung gerichtet, so dass ein Teil des Niederalkylalkohols zu einer Flüssigkeit kondensiert, welche leichter aus der Stripping-Mischung abgetrennt werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Es hat ein beträchtliches Interesse für die Verwendung bestimmter Polyolfettsäurepolyester als Ersatzmittel für Fette und Öle mit wenigen oder weniger Kalorien in Nahrungsmitteln gegeben. So sind zum Beispiel nicht-absorbierbare, unverdauliche Zuckerfettsäureester oder Zuckeralkoholfettsäureester mit mindestens vier Fettsäureestergruppen als teilweise oder vollständige Fettersatzmittel in kalorienarmen Nahrungszusammensetzungen verwendet worden, wobei jede Fettsäure 8 bis 22 Kohlenstoffatome aufweist.
Auf dem Fachgebiet sind eine Reihe unterschiedlicher Verfahren zur Herstellung dieser hoch veresterten Polyolfettsäurepolyester, insbesondere Saccharosepolyester, offen gelegt worden. Im Allgemeinen wird ein Polyol, wie zum Beispiel Saccharose, mit einem Fettsäureniederalkylester in Gegenwart eines basischen Katalysators unter Bildung eines Polyolfettsäurepolyesters umgesetzt. Es können Emulgierungsmittel, Phasentransferkatalysatoren und dergleichen verwendet werden, um die Umsetzung zwischen dem Polyol und dem Fettsäureniederalkylester zu fördern. Niederalkylalkohol ist ein Nebenprodukt dieser Reaktion und seine Gegenwart in der Reaktionsmischung neigt dazu, den Reaktionsfortschritt zu verlangsamen. Zusätzlich ist der Niederalkylalkohol im Allgemeinen kein erwünschter Bestandteil im Polyolfettsäurepolyester-Produkt. Es ist daher wünschenswert, den Niederalkylalkohol aus dem Polyolfettsäurepolyester zu entfernen, um sowohl einen gereinigten Polyolfettsäurepolyester herzustellen als auch die Reaktion zwischen dem Polyol und dem Fettsäureniederalkylester zu beschleunigen.
Darüber hinaus wird Sauerstoff aufgrund seiner Neigung Reaktionsteilnehmer und Produkte zu oxidieren und den Reaktionskatalysator abzubauen im Allgemeinen als Gift bei einer Umesterungsreaktion oder in einer Mischung aus einem Polyolfettsäurepolyester und einem Niederalkylalkohol betrachtet. Es ist daher wünschenswert die Sauerstoffmenge, welche einer Mischung aus Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol zugesetzt wird, auf das Mindestmaß zu beschränken.
Niederalkylalkohol kann aus einem Polyolfettsäurepolyester durch Spülen mit einem Inertgas entfernt werden. Dieses Verfahren wird in US-A 4,518,772 an Volpenhein, US-A 3,963,699 an Rizzi et al. und US-A 4,517,360 an Volpenhein erörtert. Diese Patente legen ein Verfahren zur Entfernung von Niederalkylalkohol durch Vakuumtrennung offen, worin eine Inertgasspülung als Ergänzung zur Vakuumentfernung von Niederalkylalkohol verwendet wird. US-A 5,648,483, an Granberg et al. legt ein Verfahren zur Herstellung von Polyolpolyestern offen, worin die Alkylestersynthese und die Polyolpolyestersynthese gekoppelt sind. Diese Reaktion rezykliert den unerwünschten Niederalkylalkohol.
Verfahren zur Entfernung flüchtiger organischer Bestandteile aus inerten Gasströmen sind allgemein bekannt. US-A 4,295,282 an Fox legt zum Beispiel ein offenes Wärmekreislaufpumpensystem zur Wiedergewinnung kondensierbarer Lösungsmittel und/oder Wärme aus Gasströmen offen. Dieses Verfahren ist in Verbindung mit der Entfernung von Farbdämpfen und anderen flüchtigen Dämpfen aus dem Gasstrom offen gelegt. US-A 4,480,393 an Flink et al. und US-A 5,152,812 an Kovach legen ebenfalls Verfahren zur Wiedergewinnung kondensierbarer organischer Komponenten aus einem Inertgasstrom offen.
Infolge der zunehmenden Verwendung von Polyolfettsäurepolyestern in Nahrungsmittelprodukten und dergleichen, besteht nach wie vor Bedarf, die Effizienz zu verbessern und die Herstellungskosten von Polyolfettsäurepolyestern zu redu zieren. Es besteht insbesondere immer noch Bedarf an voll integrierten Verfahren, welche sowohl effizient als auch wirtschaftlich sind, und welche für die Entfernung von Niederalkylalkohol aus einer Polyolfettsäurepolyester-Mischung, welche einen Polyolfettsäurepolyester und einen Niederalkylalkohol umfasst, sorgen können.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte Verfahren zur Entfernung von Niederalkylalkohol aus einer Polyolfettsäurepolyester-Mischung unter Verwendung einer Stripping-Mischung bereitzustellen, umfassend ein inertes Stripping-Gas, Niederalkylalkohol und Sauerstoff und das anschließende Entfernen eines Teils des Niederalkylalkohols aus der Stripping-Mischung, wobei die Stripping-Mischung auf Wunsch zur weiteren Verwendung rezykliert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zur Entfernung einer ausreichenden Menge des Niederalkylalkohols aus der Stripping-Mischung bereitzustellen, so dass das Gas für einen weiteren Kontakt mit einer Polyolfettsäurepolyester-Reaktionsmischung und/oder Niederalkylalkohol enthaltenden Polyestermischung rezykliert werden kann.
Bei einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Entfernung von Niederalkylalkohol aus einer Polyestermischung gerichtet, welche Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol umfasst. Die Polyestermischung wird mit einer Stripping-Mischung in Kontakt gebracht, welche ein Inertgas, bis zu etwa 10.000 ppm Niederalkylalkohol und bis zu etwa 2000 ppm Sauerstoff umfasst. Während des Kontakts wird zumindest ein Teil des Niederalkylalkohols von der Polyestermischung zu der Stripping-Mischung überführt, wodurch die Konzentration des Niederalkylalkohols in der Stripping-Mischung erhöht wird. Die Stripping-Mischung wird dann von der Polyestermischung abgetrennt und die Stripping-Mischung wird komprimiert, um deren Druck zu erhöhen. Zusätzlich wird die Stripping-Mischung gekühlt, um wenigstens einen ersten Teil des Niederalkylalkohols zu einer Flüssigkeit zu kondensieren. Schließlich wird der kondensierte Niederalkylalkohol von der Stripping-Mischung abgetrennt, um die Menge an Niederalkylalkohol in der Stripping-Mischung auf einen Bereich von etwa 1 ppm bis etwa 10.000 ppm zu reduzieren, und die resultierende Stripping-Mischung einer Expansionsturbine zugeleitet, in welcher die Temperatur und der Druck der Stripping-Mischung reduziert wird. Die Energie, welche aus der Abnahme der Temperatur und des Drucks der Stripping-Mischung in der Expansionsturbine resultiert wird dazu verwendet, die von der Polyestermischung abgetrennte Stripping-Mischung zu komprimieren. Die resultierende Stripping-Mischung kann gegebenenfalls als Kühlmittel in einem oder mehreren Wärmetauschern verwendet werden, um eine zusätzliche, aus der Reaktionsmischung abgetrennte Menge Stripping-Mischung zu kühlen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Entfernung eines Niederalkylalkohols aus einer Polyestermischung in einer Reaktionsmischung, welche aus der Umsetzung von Polyol und Fettsäureniederalkylester resultiert. Die Reaktionsmischung umfasst Produkte, einschließend Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol. Die Reaktionsmischung wird mit einer Stripping-Mischung in Kontakt gebracht, welche ein Inertgas, bis zu etwa 10.000 ppm Niederalkylalkohol und bis zu etwa 2000 ppm Sauerstoff umfasst. Während des Kontakts wird zumindest ein Teil des Niederalkylalkohols von der Polyestermischung zu der Stripping-Mischung überführt, wodurch die Konzentration des Niederalkylalkohols in der Stripping-Mischung erhöht wird. Die Stripping-Mischung wird dann von der Polyestermischung abgetrennt und die Stripping-Mischung wird komprimiert, um deren Druck zu erhöhen. Zusätzlich wird die Stripping-Mischung gekühlt, um wenigstens einen ersten Teil des Niederalkylalkohols zu einer Flüssigkeit zu kondensieren. Schließlich wird der kondensierte Niederalkylalkohol von der Stripping-Mischung abgetrennt, um die Menge an Niederalkylalkohol in der Stripping-Mischung auf einen Bereich von etwa 1 ppm bis etwa 10.000 ppm zu reduzieren, und die resultierende Stripping-Mischung einer Expansionsturbine zugeleitet, in welcher die Temperatur und der Druck der Stripping-Mischung reduziert wird. Die Energie, welche aus der Abnahme der Temperatur und des Drucks der Stripping-Mischung in der Expansionsturbine resultiert wird dazu verwendet, die von der Polyestermischung abgetrennte Stripping-Mischung zu komprimieren.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Synthetisieren von Polyolfettsäurepolyester. Insbesondere wird ein Polyol mit Fettsäureniederalkylester umgesetzt, um eine Reaktionsmischung zu bilden, welche Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol umfasst. Die Reaktionsmischung wird mit einer Stripping-Mischung gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren in Kontakt gebracht.
Die hierin beschriebenen Verfahren bieten den Vorteil eines integrierten Prozesses zur Entfernung von Niederalkylalkohol aus einer Polyolfettsäurepolyester-Mischung, indem sie den Alkohol zu einer Flüssigkeit kondensieren und den kondensierten Alkohol unter beträchtlicher Energierückgewinnung von der Stripping-Mischung abtrennen. Überraschender Weise wurde gefunden, dass zur Entfernung von Niederalkylalkohol aus einer Polyestermischung ein inertes Stripping-Gas verwendet werden kann, welches bis zu etwa 10.000 ppm Niederalkyalkohol umfasst, um eine wesentliche Entfernung des Niederalkylalkohols aus der Polyestermischung zu erzielen. Darüber hinaus wird in vielen Polyestermischungen Sauerstoff als Verunreinigung betrachtet und es wurde festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Stripping-Mischungen bis zu etwa 2.000 ppm Sauerstoff umfassen können, ohne den Umsetzungsgrad beträchtlich zu verschlechtern.
Zusätzlich kann die Stripping-Mischung anschließend an die Atmosphäre entlüftet oder für den Kontakt mit weiterem Polyolfettsäurepolyester rezykliert werden. Durch Verwendung der gekühlten Stripping-Mischung, aus der ein Teil des Niederalkylalkohols kondensiert und als Kühlmittel abgetrennt wurde, können in mindestens einem Wärmetauscher zur Kühlung einer zusätzlichen Menge Stripping-Mischung zusätzliche Energie- und Betriebskosteneinsparungen erzielt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Spezifikation wird aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung besser verständlich, in welcher:
1 ein schematisches Verfahrensfließbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen im Detail beschrieben. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird Niederalkylalkohol aus einer Mischung von Polyolfettsäurepolyester und Alkohol entfernt. Typischerweise wird ein Polyol mit einem Fettsäureniederalkylester unter Bildung eines Polyolfettsäurepolyester durch Umesterung des Polyols umgesetzt, wobei als Nebenprodukt ein Niederalkylalkohol gebildet wird. Während der Umesterungsreaktion von Polyol unter Bildung von Polyolfettsäurepolyester verschiebt die Bildung von Niederalkylalkohol das Reaktionsgleichgewicht und verlangsamt die Reaktion. Um einen hohen Umesterungsgrad zu erzielen, d. h. um soviel wie möglich Hydroxylgruppen des Polyols zu verestern, ist es daher von Vorteil, den Niederalkylakohol aus der Reaktionsmischung abzutrennen, so dass das Polyol vor Erhalt des gewünschten Umesterungsgrads des Polyols nicht den Gleichgewichtszustand erreicht. "Reaktionsmischung" soll, wie hierin verwendet, eine Mischung einschließen, welche Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol umfasst. Die hierin beschriebene Reaktionsmischung kann zahlreiche nicht umgesetzte Reaktanten umfassen, Katalysatoren und Nebenprodukte aus Nebenrektionen, welche während der Umesterungsreaktion erfolgen. Darüber hinaus soll "Polyestermischung", wie hierin verwendete, Mischungen einschließen, welche Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol aus einer beliebigen Quelle umfassen, und es versteht sich, dass die vorstehend definierte Reaktionsmischung eine Unterausführung einer hierin definierten Polyestermischung ist.
Polyolfettsäurepolyester, welche nach anderen Verfahren als durch Umesterung hergestellt werden, können ebenfalls Niederalkylalkohol enthalten, und es ist oft erwünscht, den Niederalkylalkohol aus dem Polyolfettsäureester zu entfernen, um ein gereinigtes Produkt zu erhalten. Obwohl die Entfernung von Niederalkylalkohol hierin hauptsächlich in Verbindung mit einer Reaktionsmischung beschrieben wird, versteht es sich, dass die hierin offen gelegten Verfahren zur Entfernung von Niederalkylalkohol auf die Entfernung von Niederalkylalkohol aus Polyolfettsäurepolyester anwendbar sind, ungeachtet der Quelle des Polyolfettsäurepolyesters.
Der Ausdruck "Polyol", soll, wie hierin verwendet, irgendwelche aliphatischen oder aromatischen Verbindungen einschließen, welche mindestens zwei freie Hydroxylgruppen besitzen. Geeignete Polyole können aus den folgenden Klassen gewählt werden: gesättigte und ungesättigte, gerad- und verzweigt-kettige lineare Aliphaten; gesättigte und ungesättigte cyclische Aliphaten, einschließend heterocyclische Aliphaten; oder einkernige oder mehrkernige Aromaten, einschließend heterocyclische Aromaten. Bevorzugte Polyole sind Kohlenhydrate und ungiftige Glykole. Zur Verwendung hierin geeignete Monosaccharide schließen zum Beispiel Mannose, Galactose, Arabinose, Xylose, Ribose, Apiose, Rhamnose, Psicose, Fructose, Sorbose, Tagatose, Ribulose, Xylulose und Erythrulose ein. Zur Verwendung hierin geeignete Oligosaccharide schließen zum Beispiel Maltose, Kojibiose, Nigerose, Lactose, Melibiose, Gentiobiose, Turanose, Rutinose, Trehalose, Saccharose und Raffinose ein. Zur Verwendung hierin geeignete Polysaccharide schließen zum Beispiel Amylose, Cellulose, Chitin, Inulin, Agarose, Xylans, Mannan und Galactans ein. Obwohl Zuckeralkohole keine Kohlenhydrate im engeren Sinn sind, sind die natürlich vorkommenden Zuckeralkohole mit den Kohlenhydraten so nahe verwandt, dass sie hierin ebenfalls zur Verwendung bevorzugt sind. Natürliche Zuckeralkohole, welche hierin zur Verwendung geeignet sind, sind Sorbitol, Mannitol und Galactitol.
Besonders bevorzugte Klassen von Materialien zur Verwendung hierin schließen die Monosaccharide, die Disaccharide und die Zuckeralkohole ein. Bevorzugte unveresterte Polyole schließen Glucose, Fructose, Glycerol, Polyglycerole, Saccharose, Zylotol und Zuckerether ein. Ein besonders bevorzugtes Polyol ist Saccharose. Bevorzugte unveresterte Polyole schließen auch alkoxylierte Polyole wie alkoxyliertes Glycerol, alkoxylierte Polyglycerole, mit Sorbitol alkoxylierte Glycerine, alkoxylierte Polysaccharide und verknüpfte alkoxylierte Polyole wie verknüpfte alkoxylierte Glycerine ein. Polyole können mit C₃-C₆-Epoxiden wie Propylenoxid, Butylenoxid, Isobutylenoxid und Pentenoxid alkoxyliert sein, um Epoxid-verlängerte Polyole mit einem Epoxidierungsindexminimum von mindestens etwa 2, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis etwa 8 zu liefern, wie in US-A 4,816,613 beschrieben. Polyole können auch mit einem Epoxid, vorzugsweise mit einem C₃-C₁₀-1,2-Alkylenoxid in Gegenwart eines Ringöffnungspolymerisationskatalysators alkoxyliert werden, wie in US-A 5,399,729 und US-A 5,512,313 beschrieben.
Geeignete alkoxylierte Polyole zur Verwendung hierin sind in den US-Patenten 4,983,329; 5,175,323; 5,288,884; 5,298,637; 5,362,894, 5,387,429, 5,446,843; 5,589,217; 5,597,605; 5,603,978 und 5,641,534 beschrieben. Geeignete alkoxylierte Polyole schließen alkoxylierte Zuckeralkohole, alkoxylierte Monosacharide, alkoxylierte Disaccharide, alkoxylierte Polysaccharide, alkoxylierte aliphatische C₂-C₁₀-Diole und alkoxylierte aliphatische C₃-C₁₂-Triole ein. Bevorzugte alkoxylierte aliphatische C₃-C₁₂-Triole sind alkoxylierte Glycerole, weiter vorzugsweise propoxylierte Glycerole, wobei propoxylierte Glycerole mit etwa 3 bis etwa 21 Molen Propylenoxid pro Mol Glycerol besonders bevorzugt sind. Bevorzugte alkoxylierte Polysaccharide sind alkoxylierte Polysaccharide, welche Anhydromonosaccharideinheiten enthalten, wobei propoxylierte Polysaccharide, welche Anhydromonosaccharideinheiten enthalten, wie in US-A 5,273,772 beschrieben, weiter bevorzugt sind. Bevorzugte verknüpfte alkoxylierte Glycerine schließen jene ein, welche Polyetherglykolbindungssegmente umfassen, wie in US-A 5,374,446 beschrieben, und wie jene, welche Polycarboxylat-Bindungssegmente umfassen, wie in US-A 5,427,815 und US-A 5,516,544 beschrieben; weiter bevorzugt sind die in US-A 5,516,544 beschriebenen.
Der Ausdruck "Polyolfettsäurepolyester" soll, wie hierin verwendet, irgendein Polyol, wie hierin definiert, einschließen, bei dem zwei oder mehr seiner Hydroxylgruppen mit Fettsäuregruppen verestert sind. Geeignete Polyolfettsäurepolyester schließen Saccharosepolyester ein, welche im Durchschnitt mindestens 4, vorzugsweise mindestens etwa 5 Esterbindungen pro Saccharosemolekül aufweisen, wobei die Fettsäureketten vorzugsweise etwa 8 bis etwa 24 Kohlenstoffatome besitzen. Andere geeignete Polyolfettsäurepolyester sind veresterte verknüpfte alkoxylierte Glycerine, einschließend jene, welche Polyetherglykol-Verknüpfungssegmente umfassen, wie in US-A 5,374,446 beschrieben, und jene, welche Polycarboxylat-Verknüpfungssegmente umfassen, wie in US-A 5,427,815 und US-A 5,516,544 beschrieben, weiter vorzugsweise jene, welche in US-A 5,516,544 beschrieben sind.
Zusätzliche geeignete Polyolfettsäurepolyester sind veresterte Epoxid-verlängerte Polyole der allgemeinen Formel P(OH)_A+c(EPO)_N(FE)B, worin P(OH) ein Polyol ist, A 2 bis etwa 8 primäre Hydroxyle ist, C insgesamt etwa 0 bis 8 sekundäre und tertiäre Hydroxyle ist, A + C etwa 3 bis etwa 8 beträgt, EPO ein C₃-C₆-Epoxid ist, N der Mittelwert eines Mindestepoxidierungsindex ist, FE eine Fettsäureacyleinheit und B ein Mittelwert im Bereich von größer als 2 und nicht größer als A + C ist, wie in US-A 4,861,613 und EP-A 0 324 010 beschrieben. Der Mittelwert des Mindestepoxidierungsindex ist ein Wert, welcher im Allgemeinen gleich oder größer als A ist und eine Zahl ist, welche ausreicht, um mehr als etwa 95% der primären Hydroxyle des Polyols in sekundäre und tertiäre Hydroxyle umzuwandeln. Die Fettsäureacyleinheit besitzt vorzugsweise eine C₇-C₂₃-Alkylkette.
Bevorzugte veresterte Epoxid-verlängerte Polyole zur Verwendung hierin schließen veresterte propoxylierte Glycerole ein, hergestellt durch Umsetzung eines propoxylierten Glycerols mit 2 bis etwa 100 Propylenoxideinheiten pro Glycerol mit C₁₀-C₂₄-Fettsäuren oder mit C₁₀-C₂₄-Fettsäureestern, wie in US-A 4,983,329 bzw. US-A 5,175,323 beschrieben. Bevorzugt sind auch veresterte propoxylierte Glycerole, hergestellt durch Umsetzung eines Epoxids und eines Triglycerids mit einem aliphatischen Polyalkohol, wie in US-A 5,304,665 beschrieben, oder mit einem Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz eines aliphatischen Alkohols, wie in US-A 5,399, 728 beschrieben. Weiter bevorzugt sind acylierte mit Propylenoxid verlängerte Glycerole mit einem Propoxylierungsindex von etwa 2, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis etwa 8, weiter vorzugsweise etwa 5 oder größer, worin die Acylgruppen C₈-C₂₄, vorzugsweise C₁₄-C₁₈ sind, d. h. Verbindungen, wie in US-A 5,603,978 und US-A 5,641,534 beschrieben. Besonders bevorzugt sind mit Fettsäure veresterte propoxylierte Glycerole, welche einen scharfen Schmelzpunkt unterhalb von etwa 92°F (33°C) zeigen und einen dilatometrischen Festfettindex bei 92°F (33°C) von weniger als etwa 30 aufweisen, wie in WO-A 97/2260 beschrieben, oder welche einen dilatometrischen Festfettindex von mindestens etwa 50 bei 70°F (21°C) und mindestens etwa 10 bei 98,6°F (37°C) aufweisen, wie in US-A 5,589,217 und US-A 5,597,605 beschrieben.
Andere geeignete veresterte Epoxid-verlängerte Polyole schließen veresterte alkoxylierte Polysaccharide ein. Bevorzugte veresterte alkoxylierte Polysaccharide sind veresterte alkoxylierte Polysaccharide, welche Anhydromonosaccharideinheiten enthalten; weiter bevorzugt sind veresterte propoxylierte Polysaccharide, welche Anhydromonosaccharideinheiten enthalten, wie in US-A 5,273,772 beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Umesterung von Polyol, ist das gewünschte Produkt vorzugsweise ein Polyolfettsäurepolyester, in dem mindestens die Hälfte der Hydroxylgruppen des Polyols durch Fettsäureester ersetzt ist. Ist das Polyol Saccharose, ist es erwünscht, dass 4 oder mehr der Hydroxylgruppen verestert sind. Es ist sogar weiter bevorzugt, dass das erwünschte Produkt ein Polyolfettsäurepolyester ist, in dem alle Hydroxylgruppen umgeestert worden sind. Bei jeder Umesterung einer Hydroxylgruppe des Polyols wird normalerweise ein Molekül Niederalkylalkohol erzeugt. Demzufolge umfasst die Reaktionsmischung unter anderen Komponenten den gewünschten Polyolfettsäureester und den Niederalkylalkohol.
Um den Niederalkylalkohol, wie hierin beschrieben, aus der Reaktionsmischung zu entfernen, wird eine Stripping-Mischung verwendet, welche ein inertes Stripping-Gas mit bis zu etwa 10.000 ppm, weiter vorzugsweise bis etwa 3.000 ppm Niederalkylalkohol und bis zu etwa 2000 ppm Sauerstoff umfasst. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass eine wie hierin vorstehend definierte Stripping-Mischung, welche bis etwa 10.000 ppm eines Niederalkylalkohols umfasst, dazu verwendet werden kann, um Niederalkylalkohol aus einer Polyestermischung zu entfernen. Die hierin definierte Stripping-Mischung kann darüber hinaus bis zu etwa 2000 ppm Sauerstoff umfassen, welcher als Verunreinigung in einem Polyester vorliegen kann. Ein bevorzugtes inertes Stripping-Gas zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist Stickstoffgas. Es können jedoch andere Gase verwendet werden, welche in Bezug auf die Polyolfettsäurepolyester-Mischung inert sind und in denen der Niederalkylalkohol als Nebenprodukt löslich ist. Andere zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung annehmbare inerte Gase schließen Hexan und/oder aliphatische Kohlenwasserstoffe ein.
Um die Entfernung des Niederalkylalkohols aus einer Polyestermischung zu bewerkstelligen, wird die Stripping-Mischung mit der Polyestermischung in Kontakt gebracht. Der Kontakt kann beispielsweise in einem Reaktionsbehälter oder irgendeinem anderen geeigneten Behälter erfolgen, in dem die Stripping-Mischung mit der Polyestermischung in Kontakt treten kann. Die Stripping-Mischung kann in die Mischung aus Polyolfettsäureester und Niederalkylalkohol im Gleichstrom eingespeist werden, oder die Stripping-Mischung kann in die Polyestermischung vorzugsweise im Gegenstrom eingespeist werden.
Bei einer Reaktionsmischung wird die Reaktionsmischung vorzugsweise in dem Behälter kontaktiert, in dem die Reaktion stattfindet. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polyolfettsäurepolyesters besteht darin, für die Umsetzung des Polyols und des Fettsäureniederalkylesters eine vertikale mehrstufige Kolonne vorzusehen, in welcher die Reaktionskomponenten im Kopf der Kolonne aufgegeben werden und man diese durch die Kolonne auf den Boden strömen lässt, wo der Produktstrom abgenommen wird. Die Stripping-Mischung wird in den Boden der Kolonne eingespeist, blubbert durch die Kolonne und tritt aus dem Kopf der Kolonne aus. Eine derartige Kontaktanlage 4 ist in 1 schematisch dargestellt.
Die vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf 1 besser zu verstehen, welche eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist. 1 veranschaulicht speziell ein Verfahren, bei dem die Mischung 2 aus Polyolfettsäureester und Niederalkylalkohol in einer Kontaktanlage 4 vorgesehen ist, wo die Mischung 2 eine über den Einlass 10 zugeführte Stripping-Mischung kontaktiert. Die Mischung 2 aus Polyolfettsäureester und Niederalkylalkohol kann der Kontaktanlage 4 über einen Einlassstrom 3 zugeführt werden. Die Kontaktanlage 4 kann wahlweise ein Reaktionsbehälter oder dergleichen sein, in welchem die Polyolfettsäurepolyester/Niederalkylalkohol-Mischung gebildet wird, zum Beispiel aus Polyol und Fettsäureniederalkylester, welche in die Kontaktanlage 4 über eine oder mehrere Reaktanteneinlassströme 3 eingespeist werden. Die Kontaktanlage 4 verlässt ein Strom 5 aus Polyolfettsäurepolyester, aus dem ein Teil des Niederalkylalkohols durch die über den Einlass 10 eingespeiste Stripping-Mischung entfernt worden ist. Die Kontaktanlage 4 verlässt auch ein Strom 12, welcher die Strippixig-Mischung mit einer erhöhten Konzentration Niederalkylalkohol umfasst. Wie 1 zeigt, wird die über den Einlass 10 eingespeiste Stripping-Mischung im Gegenstrom zum Polyolfettsäurepolyester-Austrittsstrom 5 aufgegeben, d. h. der Einlass 10 speist die Stripping-Mischung am oder in der Nähe des Bodens der Kontaktanlage 4 ein und man lässt die Stripping-Mischung durch die Polyestermischung 2 blubbern und aus der Kontaktanlage 4 oben austreten, während die Polyolfettsäurepolyester/Niederalkylalkohol-Mischung mit ihrem niedrigeren Niederalkylalkoholgehalt vorzugsweise vom Boden der Kontaktanlage 4 über den Strom 5 entfernt wird. Es versteht sich, dass die Menge an Stripping-Mischung, welche in die Kontaktanlage 4 eingespeist wird, beträchtlich schwanken kann, je nach Verhältnis, in dem zum Beispiel Niederalkylalkohol gebildet wird oder im Polyolfettsäurepolyester vorliegt und der Menge Niederalkylalkohol, welche entfernt werden muss.
Ein bevorzugter Bereich für das Verhältnis der über den Einlass 10 eingespeisten Stripping-Mischung zu Polyolfettsäurepolyester/Niederalkylalkohol-Mischung 2 ist etwa 0,1 : 1 bis etwa 10 : 1, weiter vorzugsweise etwa 0,5 : 1 bis etwa 10 : 1, bezogen auf das Gewicht. Ein weiter bevorzugter Bereich ist von etwa 1 : 1 bis etwa 5 : 1 Stripping-Mischung zu Polyestermischung, bezogen auf das Gewicht. Die Eintrittstemperatur der Stripping-Mischung liegt vorzugsweise nahe an derjenigen der Polyestermischung 2. Es versteht sich jedoch, dass wegen der niedrigen Wärmekapazität von Gas, die Temperatur der Stripping-Mischung sich rasch an die Temperatur des Flüssigkeitsstroms angleichen wird, welcher die Mischung 2 aus Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol enthält. Die Kontaktanlage 4 kann darüber hinaus nach Bedarf gekühlt und/oder erwärmt werden, um die gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass die Temperatur der Stripping-Mischung die Temperatur der Polyestermischung 2 erreicht.
Die Kontaktanlage 4 kann bei einer Vielzahl von Drücken betrieben werden, obwohl atmosphärischer Druck oder leicht erhöhte Drücke bis etwa 2500 mm Hg bevorzugt sind. Es versteht sich, dass man die Entfernung der Stripping-Mischung, welche in Form eines Dampfs oder Gases vorliegt, über die Austrittsöffnung 12 aus der flüssigen Polyestermischung 2 fördern kann, wenn man an die Kontaktanlage ein Vakuum oder einen Druck unterhalb des Atmosphärendrucks anlegt. Die Verwendung von subatmosphärischen Drücken fördert jedoch das Eindringen von Luft, welche durch Sprünge, Lecks oder andere Öffnungen in die Kontaktanlage gezogen werden kann. Das Eindringen von Luft aus der Umgebung in die Kontaktanlage 4 ist unerwünscht, weil Luft beträchtliche Konzentrationen an Sauerstoff enthält, welcher als Gift für die meisten der hierin beschriebenen Polyestermischungen betrachtet wird. Genauer gesagt, ist Sauerstoff dafür bekannt, den Katalysator zu vergiften, welcher zur Förderung der Umesterung eines Polyols und eines Niederalkylmethylesters verwendet wird, um einen Polyolfettsäureester zu bilden. Sauerstoff kann zusätzlich Nebenreaktionen fördern, welche sowohl mit den Reaktanten als auch den Produkten bei einer Umesterungsreaktion, welche Polyolfettsäureester bildet, konkurrieren. Beides, die Vergiftung des Katalysators und die Förderung von Nebenreaktionen, kann eine Beeinträchtigung des Wirkungsgrades der Umsetzung verursachen. Darüber hinaus kann Sauerstoff zum Abbau des gewünschten Polyolfettsäurepolyester in einer Polyestermischung führen. Von daher ist es besonders bevorzugt, dass die Stripping-Mischung, zum Beispiel die des in die Kontaktanlage 4 eintretenden Stroms 10, eine Sauerstoffkonzentration von bis zu 2000 ppm aufweist. Es ist häufig unpraktisch und unwirtschaftlich die Sauerstoffkonzentration in der Stripping-Mischung auf unter etwa 1 ppm zu reduzieren. Es ist jedoch oft nicht erforderlich den gesamten Sauerstoff aus der Stripping-Mischung nach dem Austritt aus der Kontaktanlage zu entfernen, weil eine beträchtliche Menge Sauerstoff währende des Kontakts mit der Polyestermischung verbraucht werden kann, wie vorstehend erörtert. Demzufolge liegt eine besonders bevorzugte Sauerstoffkonzentration in der Stripping-Mischung 10 zwischen etwa 1 ppm und etwa 2000 ppm.
In der Kontaktanlage 4 wird zumindest ein Teil des Niederalkylalkohols von der Polyestermischung auf die Stripping-Mischung übertragen. Folglich besitzt die Konzentration an Niederalkylalkohol in der Stripping-Mischung, welche über den Strom 12 austritt, eine höhere Konzentration an Niederalkylalkohol als die über den Strom 10 in die Kontaktanlage eintretende Stripping-Mischung. Nachdem die Stripping-Mischung die Kontaktanlage 4 verlassen hat, wird sie durch einen Anlagenteil geleitet, welcher den Druck erhöht und die Temperatur der Stripping-Mischung erniedrigt, und dadurch mindestens einen Teil und vorzugsweise praktisch den gesamten Niederalkylalkohol zum flüssigen Zustand kondensiert. Diese Verfahrensschritte werden nachstehend im Detail beschrieben.
Nach dem Austritt aus der Kontaktanlage kann ein Entnebler (nicht dargestellt) und/oder eine Abschreckvorrichtung (nicht dargestellt) verwendet werden, um einen Teil der Flüssigkeitströpfchen, welche in die Stripping-Mischung eingeschleppt worden sein können in der Leitung 12 zu entfernen bzw. die Temperatur der Stripping-Mischung in der Leitung 12 herabzusetzen. Um den Druck der Stripping-Mischung zu erhöhen, kann irgendein geeigneter Druckerzeuger verwendet werden, wie zum Beispiel die in 1 schematisch dargestellten Kompressoren 50 und 56. Der Druck der den Kompressor 50 über den Strom 14 austretenden Stripping-Mischung kann bis etwa 1700 mm Hg, vorzugsweise bis auf 2100 mm Hg erhöht werden. Jeder Kompressor muss notwendigerweise mit der Stripping-Mischung verträglich sein und jeder Kompressor sollte eine geeignete Größe aufweisen, um die Strömungsraten der Stripping-Mischungen in den Leitungen 12 und 18 zu beherrschen.
Es können ein oder mehrere mit 52 markierte Wärmetauscher verwendet werden, um die Temperatur der Stripping-Mischung in der Leitung 14 nach ihrem Austritt aus dem Kompressor 50 zu reduzieren. Es können irgendwelche aus einer Vielzahl von üblicherweise verfügbaren Wärmetauschern verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie mit der Stripping-Mischung verträglich sind. Wärmetauscher im Allgemeinen sowie zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignete Wärmetauscher benötigen ein Kühlmittel, das über den Strom 80 zugeführt wird. Die Temperatur der Stripping-Mischung in der Leitung 14 wird beim Durchgang im Verhältnis des Wärmeaustauschs zum Kühlmittel erniedrigt. Das Kühlmittel wird typischerweise im Gegenstrom zur Stripping-Mischung in Leitung 14 eingespeist, obwohl auch ein Parallelstrom annehmbar ist. Kaltwasser, Glykole und andere auf dem Fachgebiete bekannte Kühlmittel sind annehmbare Kühlmittel zur Verwendung bei den hierin beschriebenen Verfahren. Die Temperatur des Kühlmittels in Strom 80 wird beim Durchfluss notwendigerweise erhöht und tritt aus dem Wärmetauscher über Strom 82 aus. Der Fachmann wird erkennen, dass die Anordnung und Zahl der Wärmetauscher und Kompressoren eine Frage der Auslegung ist, welche verändert werden kann, ohne vom erfindungsgemäßen Verfahren abzuweichen.
Die Zunahme des Drucks und die Abnahme der Temperatur der Stripping-Mischung 16 können dazu führen, dass zumindest ein Teil des Niederalkylalkohols aus der Mischung in Form einer Flüssigkeit auskondensiert. Wahlweise oder zusätzlich zum Kondensieren eines Teils des in Strom 16 enthaltenen Niederalkylalkohols kann in Strom 16 enthaltener verdampfter Polyolfettsäurepolyester beim Durchgang der Stripping-Mischung durch den Wärmetauscher 52 kondensiert werden. Die zur Kondensation des Niederalkylalkohols erforderliche Temperatur und Druck hängt in erster Linie von der Art und Konzentration des Niederalkylalkohols ab, welcher vom Polyolfettsäurepolyester gestrippt wird. Bevorzugte Fettsäureniederalkylester zur Verwendung bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Polyolfettsäurepolyesters sind zum Beispiel Fettsäuremethylester. Wenn Fettsäuremethylester mit Polyol reagiert, um eine Hydroxylgruppe aus dem Polyol zu entfernen und sie durch einen Fetssäureester zu ersetzen, wird Methanol erzeugt. Folglich würde durch die Stripping-Mischung Methanol aus der Polyolfettsäurepolyester-Mischung gestrippt. Der Siedepunkt von Methanol beträgt bei Atmosphärendruck ungefähr 64°C. Die Temperatur der Stripping-Mischung muss daher mindestens auf unter etwa 64°C abgesenkt werden, um bei Atmosphärendruck einen Teil des Methanols zu kondensieren. Nachdem die Stripping-Mischung bei den hierin beschriebenen Verfahren jedoch komprimiert ist, d. h. der Druck der Gasmischung erhöht ist, ist der Siedepunkt des Alkohols folglich erhöht.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die Kondensation eines Dampfes zu seiner flüssigen Form beim Siedepunkt des Dampfes beginnt, dass aber bei dieser Temperatur oft nicht der gesamte Dampf kondensiert. Es ist daher bevorzugt und oft notwendig, die Temperatur der Stripping-Mischung auf Niveaus beträchtlich unter dem Siedepunkt des Niederalkylalkohols abzusenken, um eine nennenswerte Menge Alkohol aus der Stripping-Mischung zu entfernen. Es ist bevorzugt, mindestens etwa 90 Gew.-% und weiter vorzugsweise 99 Gew.-% des Alkohols aus der Stripping-Mischung zu entfernen.
Um eine im Wesentlichen vollständige Entfernung des Niederalkylalkohols aus der Stripping-Mischung sicherzustellen, wird die Temperatur der Stripping-Mischung vorzugsweise auf unter etwa –35°C und weiter vorzugsweise auf unter etwa –65°C abgesenkt, so dass praktisch der gesamte Niederalkylalkohol zu einer Flüssigkeit kondensiert wird. "Praktisch den gesamten" Niederalkylalkohol kondensieren bedeutet, mehr als 99 Gew.-% des in der Stripping-Mischung vorhandenen Niederalkylalkohols zu kondensieren. Damit die Stripping-Mischung für den weiteren Kontakt mit einer Polyestermischung geeignet ist, sollte die Menge an Niederalkylalkohol jedoch vorzugsweise auf unter etwa 10.000 ppm, weiter vorzugsweise auf unter etwa 3000 ppm reduziert werden. Der Niederalkylalkohol sollte sogar weiter vorzugsweise auf unter etwa 200 ppm und am meisten vorzugsweise auf unter etwa 20 ppm reduziert werden, ehe die Stripping-Mischung zum weiteren Kontakt mit der Polyestermischung rezykliert wird. Wie man verstehen kann, kann das Reduzieren der Menge an Niederalkylalkohol in der Stripping-Mischung auf unter etwa 1 ppm teuer und/oder nicht praktizierbar sein. Von daher liegt ein bevorzugter Bereich an Niederalkylalkohol in der Stripping-Mischung vor dem Kontakt mit einer Polyestermischung zwischen etwa 1 ppm und 10.000 ppm Niederalkylalkohol.
Die Abtrennung des zur flüssigen Form kondensierten Niederalkylalkohols aus der Stripping-Mischung im Strom 16 kann durch irgendein geeignetes Mittel erfolgen, wie durch den schematisch dargestellten Separator 54, wobei die Stripping-Mischung, welche kondensierten Niederalkylalkohol enthält, über den Strom 16 in den Separator 54 strömt. Der gesammelte flüssige Alkohol wird während des Durchflusses der Stripping-Mischung durch den Separator über den Strom 17 aus dem Separator entfernt. Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform verlässt die Stripping-Mischung den Separator 54 über den Strom 18 und wird einem Kompressor 56 zur weiteren Verdichtung auf etwa 3700 mm Hg zugeleitet. Beispiele geeigneter Separatoren zur Verwendung hierin schließen ohne Beschränkung darauf Faser-Nebeleliminatoren, Prallabscheider und/oder Maschenfilterseparatoren ein.
Nachdem die Stripping-Mischung weiter verdichtet worden ist, tritt sie aus dem Kompressor 56 über den Strom 20 aus. Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Stripping-Mischung in Strom 20 zu zwei Wärmetauschern 58 und 60 geleitet, in denen die Kühlmittelströme 30 und 32 des Wärmetauschers die durch Expansion mittels einer Expansionsturbine 64 gekühlte Stripping-Mischung umfassen. Vereinfacht ausgedrückt, durchströmt die aus dem Kompressor 56 im Strom 20 austretende Stripping-Mischung den Wärmetauscher 58 und tritt über den Strom 22 aus. Die Stripping-Mischung im Strom 22 wird dann dem Wärmetauscher 60 zugeleitet, aus dem sie über den Strom 24 austritt. Die Stripping-Mischung in Strom 24 wird, nachdem sie auf eine Temperatur von vorzugsweise unter etwa –35°C abgeschreckt worden ist, um einen zweiten Teil Niederalkylalkohol zu kondensieren, einem Separator 62 zugeführt, worin mindestens ein Teil des zweiten kondensierten Anteils des Niederalkylalkohols aus der Stripping-Mischung als Strom 25 aus flüssigem Alkohol entfernt wird. Geeignete Separatoren schließen beispielsweise Faser-Nebeleliminatoren, Prallabscheider, Schwerkraftabscheider und/oder Maschenfilterseparatoren ein. Die Stripping-Mischung tritt über einen Strom 26 aus dem Separator aus und wird dann durch eine Expansionsturbine 64 geleitet. Die Stripping-Mischung tritt aus der Expansionsturbine 64 über einen Strom 28 aus.
Die Expansionsturbine 64 erzeugt Energie aus der expandierenden Stripping-Mischung. Insbesondere treibt die komprimierte Stripping-Mischung die Turbine 64 an, wodurch nacheinander der Druck und die Temperatur der Stripping-Mischung reduziert werden, wobei Druck- und Temperaturabnahme in mechanische Energie umgeformt wird. Die Temperatur und der Druck der in Strom 26 enthaltenen Stripping-Mischung werden vorzugsweise auf unter etwa –50°C und unter etwa 1500 mm Hg, und weiter vorzugsweise auf unter etwa –75°C und unter etwa 1800 mm Hg abgesenkt. Die durch die Druck- und Temperaturerniedrigung erzeugte Energie wird vorteilhaft dazu verwendet, die vom Polyolfettsäurepolyester abgetrennte Stripping-Mischung zu komprimieren. An die Turbine 64 kann eine Welle 51 gekoppelt werden, so dass die in die Expansionsturbine 64 eintretende Stripping-Mischung 26 die Welle 51 antreibt, wobei die rotierende Welle Kraft für andere mechanische Anlagen liefern kann, wie zum Beispiel einen Teil der Kraft zum Antrieb der Kompressoren 50 und 56, welche verwendet werden, um die Stripping-Mischung in den Strömen 12 bzw. 18 zu komprimieren. Die Druckzunahme der Stripping-Mischungsströme 12 und 18 in den von der Expansionsturbine angetriebenen Kompressoren 50 und 56 ist nicht gleich dem Druckabfall der Stripping-Mischung 26 beim Durchgang durch die Expansionsturbine 64, da zwangsweise etwas Energie durch Reibung und andere Energieverluste verloren geht. Der Fachmann wird erkennen, dass die Anordnung mit einer Expansionsturbine, welche über eine gewöhnliche Welle mit zwei Kompressoren verbunden ist, ein Gegenstand bevorzugter Auslegung ist und dass andere Anordnungen, wie zum Beispiel eine Vielzahl von Expansionsturbinen und ein über eine gewöhnliche Welle verbundener Kompressor möglich und für den Fachmann offensichtlich sind.
Nachdem in der Expansionsturbine 64 sowohl die Temperatur als auch der Druck der Stripping-Mischung reduziert wird, kann bei diesem Verfahren die Stripping-Mischung in Strom 28 als Kühlmittel in den Wärmetauschern 60 und 58 verwendet werden. Die Stripping-Mischung in Strom 28 durchströmt vorzugsweise einen Entnebler 66, in dem feine Tröpfchen von eingeschleppter Flüssigkeit physikalisch aus der Stripping-Mischung abgetrennt werden, welche aus dem Entnebler 66 als flüssiger Strom 29 austritt. Ein im Handel erhältlicher Brown'scher Faser-Entnebler ist zur Verwendung bei den hierin beschriebenen Verfahren bevorzugt, obwohl auch andere Entnebler eingesetzt werden können. Die Stripping-Mischung tritt über einen Strom 30 aus dem Entnebler 66 aus. Die Stripping-Mischung im Strom 30 dient als Kühlmittel für den Wärmetauscher 60, weswegen die Temperatur der Stripping-Mischung im Strom 30 beim Austritt aus dem Wärmetaucher 60 über einen Strom 32 erhöht ist. Die Stripping-Mischung in Strom 32 dient als Kühlmittel für den Wärmetauscher 58, in dem die Temperatur der Stripping-Mischung erhöht wird. Die Stripping-Mischung tritt aus dem Wärmetauscher 58 über einen Strom 34 aus.
Nach dem Durchströmen der Wärmetauscher 60 und 58 kann die Stripping-Mischung in Strom 34 über einen Abzug (nicht dargestellt) an die Atmosphäre abgelüftet werden. Das Ablüften eines Teils der Stripping-Mischung, beispielsweise 1,0–10%, und dessen Ersatz durch ein inertes Stripping-Gas, welches relativ frei von Sauerstoff ist, ist oft wünschenswert, um den Sauerstoffanteil in der Stripping-Mischung vor dem weiteren Kontakt mit einer Polyestermischung zu reduzieren. Die Stripping-Mischung kann alternativ oder zusätzlich für den weiteren Kontakt mit dem Polyester oder der Reaktionsmischung zur Polyolfettsäurepolyester-Kontaktanlage rezykliert werden und/oder kann zur Stripping-Mischung im Strom 12 rezykliert werden, um die Temperatur der Stripping-Mischung im Strom 12 zu reduzieren. Es kann jede Kombinationen dieser drei Verwendungen für die Stripping-Mischung in Strom 34 eingesetzt werden. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es wünschenswert den Anteil an Stripping-Mischung 34, welcher an die Atmosphäre abgelüftet wird, auf ein Mindestmaß zu beschränken, um stationäre Strömungsverhältnisse aufrechtzuerhalten. Soll die Stripping-Mischung in Strom 34 für den weiteren Kontakt mit einer Polyestermischung rezykliert werden, muss jede Stripping-Mischung, welche an die Atmosphäre abgelüftet wird, durch eine im Wesentlichen gleiche Menge Stripping-Mischung ersetzt werden, um stationäre Strömungszustände durch die Kontaktanlage 4 hindurch aufrechtzuerhalten.
Beispiel I
Die vorangehende detaillierte Beschreibung kann unter Bezugnahme auf das nachstehende Beispiel, worin Tabelle I die bevorzugten Verfahrensparameter gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angibt, besser verstanden werden. Die Zahlen der Ströme 10 bis 34 entsprechen den in 1 dargestellten Strömen. Die Stripping-Mischung in Strom 10, welche in die Kontaktanlage 4 eingespeist wird, um die Polyestermischung 2 zu kontaktieren, umfasst speziell vorzugsweise Stickstoff und 18 ppm Methanol. Wie man sehen kann, enthält die Stripping-Mischung welche aus der Kontaktanlage 4 über den Strom 12 austritt, zusätzlich zum Stickstoff mehr als 1200 lbs/hr Methanol. Es wird ein Inline-Kühler (nicht dargestellt) und ein Entnebler (nicht dargestellt) verwendet, um die Temperatur der Stripping-Mischung im Strom 12 auf etwa 110°F (45°C) zu reduzieren, während ein Teil irgendwelcher Flüssigkeitströpfchen, welche in die Dampfphase der Stripping-Mischung eingeschleppt werden, entfernt wird. Die Stripping-Mischung im Strom 12 wird dann im Kompressor 50 von einem Druck von 0,9 psig auf etwa 24,41 psig komprimiert, was die Temperatur der Stripping-Mischung gleichlaufend auf etwa 320°F (169°C) erhöht. Die Stripping-Mischung tritt über den Strom 14 aus dem Kompressor aus.
Die Temperatur der Stripping-Mischung im Strom 14 wird im Wärmetauscher 52 auf etwa 110°F (45°C) reduziert und die Stripping-Mischung tritt über den Strom 16 aus dem Kompressor 50 aus. Die Stripping-Mischung aus Strom 16 wird durch den Separator 54 geleitet; welcher bei einer Temperatur von 110°F (45°C) praktisch kein Methanol aus der Stripping-Mischung entfernt. Polyolfettsäurepolyester und andere organische Materialien mit höheren Siedepunkten als Methanol können jedoch kondensiert und von der Stripping-Mischung mittels des Separators 54 abgetrennt werden. Die Stripping-Mischung tritt über den Strom 18 aus dem Separator 54 aus und wird im Kompressor 56 auf einen Druck von etwa 55,3 psig weiter komprimiert, was die Temperatur der Stripping-Mischung 18 auf etwa 250°F (120°C) erhöht. Die Temperatur der Stripping-Mischung im Strom 20 wird dann im Wärmetauscher 59 reduziert und die Stripping-Mischung tritt über den Strom 22 mit einer Temperatur von etwa 78°F (25°C) aus. Anschließend wird die Temperatur der Stripping-Mischung im Strom 22 beim Durchgang durch den Wärmetauscher 60 reduziert und die Stripping-Mischung tritt über den Strom 24 bei einer Temperatur von etwa –49°F (–45°C) aus.
Der Strom 24 wird dann durch den Separator 62 geleitet, in welchem ungefähr 1200 lb/hr flüssiges Methanol aus der Stripping-Mischung entfernt werden, welches den Separator 62 über den Flüssigkeitsstrom 27 verlässt. Dies entspricht einem Entfernungsgrad von ungefähr 98% Methanol im Separator 62. Wie man sehen kann, enthält die aus dem Separator austretende Stripping-Mischung im Strom 26 ungefähr 300 ppm Methanol. Es versteht sich, dass der Druck des Stroms 26 wegen der Reibungsverluste, welche beim Durchgang der Stripping-Mischung durch zwei Wärmetauscher und den Separator hervorgerufen werden, geringfügig niedriger ist als der des Stroms 20. Die Stripping-Mischung 26 wird dann in der Expansionsturbine 64, wie vorstehend beschrieben, entspannt, um sowohl die Temperatur als auch den Druck der Stripping- Mischung in Strom 26 auf etwa –102°F (–75°C) und etwa 20,6 psig herabzusetzen.
An dieser Stelle des Verfahrens kondensiert ein weiterer Anteil Methanol, welcher aber aufgrund der extrem niedrigen Methanolkonzentration in einem Standardseparator oft schwierig abzutrennen ist. Es ist daher bevorzugt einen Faser-Nebeleliminator, wie den Entnebler 66, zu verwenden, in dem mitgeschleppte Flüssigkeitströpfchen aus dem Gasstrom, d. h. aus der Stripping-Mischung in Strom 28, physikalisch abgetrennt und anschließend gesammelt und als Flüssigkeit, zum Beispiel über Strom 29, entfernt werden können. Die Stripping-Mischung, welche über den Strom 30 aus dem Entnebler 66 ausritt, enthält ungefähr 18 ppm Methanol, was ungefähr 0,1% der ursprünglichen, aus der Polyestermischung entfernten Methanolmenge entspricht. Die Stripping-Mischung im Strom 30 wird als Kühlmittel im Wärmetauscher 60 verwendet, um die Stripping-Mischung im Strom 22 zu kühlen, wie vorstehend beschrieben. Die Temperatur der Stripping-Mischung im Strom 30 wird im Wärmetauscher 60 von etwa –102°F (–75°C) auf etwa 50°S (120°C) erhöht und tritt über den Strom 32 aus. Die Stripping-Mischung im Strom 32 wird als Kühlmittel für den Wärmetauscher 58 verwendet, um die Stripping-Mischung im Strom 20 zu kühlen, wobei die Temperatur der Stripping-Mischung, welche über den Strom 34 austritt, im Strom 32 von etwa 50°F (10°C) auf etwa 234°F (110°C) erhöht wird. Es ist auch eine wahlweise verwendbare Heizvorrichtung 68, welche die Temperatur der Stripping-Mischung in Strom 34 wahlweise von etwa 234°F (110°C) auf etwa 275°F (135°C) erhöht, dargestellt. Die Heizvorrichtung 68 kann ein Elektroheizer oder ein zusätzlicher Wärmetaucher sein und wird dazu verwendet die Stripping-Mischung im Strom 10 für den weiteren Kontakt mit einer Polyestermischung in der Kontaktanlage 4 zu bereiten.
Tabelle 1
Nachdem die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, können durch einen Fachmann weitere Anpassungen an die hierin beschriebenen Verfahren durch geeignete Modifikation vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl zum Beispiel zwei Kompressoren für die Behandlung der Stripping-Mischung dargestellt wurden, kann auch einer oder können mehr als zwei Kompressoren verwendet werden. Darüber hinaus kann, wie vorstehend erörtert, die Zahl und Anordnung der Wärmetaucher verändert werden, und wenn auch vorgesehen ist, dass die Stripping-Mischung auf eine sehr niedrige Temperatur, d. h. –35°C oder tiefer, abgesenkt wird, versteht es sich, dass Verfahren zur Entfernung von Niederalkylalkohol aus der Stripping-Mischung bei höheren Temperaturen möglich sind, obwohl weniger Alkohol entfernt werden mag. Demzufolge sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die nachstehenden Ansprüche betrachtet und dahingehend verstanden werden, dass er nicht durch die Zeichnungen des Verfahrens und der Methoden, welche in der Spezifikation und den Zeichnungen dargestellt sind, beschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Entfernung eines Niederalkylalkohols, vorzugsweise Methanol, aus einer Polyestermischung, umfassend Polyolfettsäurepolyester, vorzugsweise Saccharosefettsäurepolyester, und Niederalkylalkohol, wobei das Verfahren umfasst: (a) Kontaktieren der Polyestermischung mit einer Stripping-Mischung, umfassend ein inertes Stripping-Gas, wobei vorzugsweise das inerte Stripping-Gas Stickstoff ist, bis zu etwa 10.000 ppm Nideralkylalkkohol und bis zu etwa 2.000 ppm Sauerstoff, wobei mindestens ein Teil des Niederalkylalkohols von der Polyestermischung zu der Stripping-Mischung überführt wird, wodurch die Konzentration des Niederalkylalkohols in der Stripping-Mischung erhöht wird, (b) Abtrennen der Stripping-Mischung von der Polyestermischung. (c) Komprimieren der Stripping-Mischung, um deren Druck zu erhöhen, (d) Kühlen der Stripping-Mischung, um deren Temperatur zu erniedrigen, wodurch mindestens ein erster Teil des Niederalkylalkohols zu einer Flüssigkeit kondensiert wird, vorzugsweise durch Leiten der Stripping-Mischung durch einen oder mehrere Wärmetauscher, durch welche ein Kühlmittel fließt, das die Temperatur der Stripping-Mischung auf weniger als –35°C verringert, und wobei weiter vorzugsweise mindestens einer der Wärmetauscher ein Wasserkühlmittel umfasst, das in den Wärmetaucher bei einer Temperatur unterhalb etwa 100°F (38°C) eintritt. (e) Abtrennen mindestens eines Teils des kondensierten Niederalkylalkohols von der Stripping-Mischung, um die Menge an Niederalkylalkohol in der Stripping-Mischung auf einen Bereich von etwa 1 ppm bis etwa 10.000 ppm zu reduzieren, und (f) Lenken der restlichen Stripping-Mischung zu einer Expansionsturbine, in welcher die Temperatur und der Druck der Stripping-Mischung verringert werden, wobei Energie, welche aus der Verringerung der Temperatur und des Drucks der Stripping-Mischung in der Expansionsturbine resultiert, dazu verwendet wird, um die von der Polyestermischung abgetrennte Stripping-Mischung zu komprimieren, und wobei vorzugsweise die Expansionsturbine mechanisch mit einer Vielzahl von Kompressoren verknüpft ist, und die durch die Verringerung der Temperatur und des Drucks der Stripping-Mischung in der Expansionsturbine erzeugte Energie zu der Vielzahl der Kompressoren übertragen wird, um den Druck der Stripping-Mischung zu erhöhen, nachdem sie von der Polyestermischung abgetrennt ist, und wobei weiter vorzugsweise die Stripping-Mischung, welche die Expansionsturbine verlässt, als Kühlmittel in mindestens einem der Wärmetauscher verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Schritt (e), jedoch vor Schritt (f), ein zweiter Teil Niederalkylalkohol in der Stripping-Mischung kondensiert wird, und kondensierter Niederalkylalkohol von der Stripping-Mischung abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei, nachdem der kondensierte zweite Teil an Niederalkylalkohol von der Stripping-Mischung entfernt worden ist, die Stripping-Mischung zum Kontakt mit einer Polyestermischung, umfassend Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol rezykliert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei, bevor die Stripping-Mischung zum Kontakt mit der Polyestermischung rezykliert wird, mindestens ein Teil der Stripping-Mischung abgezweigt und mit der abgetrennten Stripping-Mischung aus Schritt (b) kombiniert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei, nachdem der kondensierte zweite Teil an Niederalkylalkohol von der Stripping-Mischung entfernt worden ist, mindestens ein Teil der Stripping-Mischung an die Atmosphäre entlüftet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stripping-Mischung, welche die Expansionsturbine verlässt, zum Kontakt mit einer Polyestermischung, umfassend Polyolfettsäureester und Niederalkylalkohol, rezykliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, wobei die Stripping-Mischung eine Konzentration von weniger als etwa 200 ppm an Niederalkylalkohol aufweist, nachdem der kondensierte erste Teil an Niederalkylalkohol von der Stripping-Mischung abgetrennt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, wobei mehr als etwa 99% des von der Polyestermischung zu der Stripping-Mischung überführten Niederalkylalkohols von der Stripping-Mischung entfernt werden, wenn der kondensierte erste Teil an Niederalkylalkohol von der Stripping-Mischung abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 6, 7 oder 8, wobei nach Schritt (f) die Stripping-Mischung durch einen Entnebler geführt wird, um von der Stripping-Mischung mindestens eine Teil irgendwelcher mitgeschleppter Flüssigkeitströpfchen abzutrennen, wobei vorzugsweise der Entnebler ein Faser-Nebeleliminator ist.
Verfahren zur Herstellung eines Polyolfettsäurepolyesters, umfassend: (a) Umsetzen eines Polyols und eines Fettsäureniederalkylesters zur Erzeugung einer Reaktionsmischung, umfassend Polyolfettsäurepolyester und Niederalkylalkohol, wobei der Niederalkylalkohol vorzugsweise Methanol ist, (b) Kontaktieren der Reaktionsmischung mit einer Stripping-Mischung, umfassend ein inertes Stripping-Gas, bis zu etwa 10.000 ppm Niederalkylalkohol und bis zu etwa 2.000 ppm Sauerstoff, wobei mindestens ein Teil des Niederalkylalkohols von der Reaktionsmischung zu der Stripping-Mischung überführt wird, wodurch die Konzentration des Niederalkylalkohols in der Stripping-Mischung erhöht wird, (c) Abtrennen der Stripping-Mischung von der Reaktionsmischung. (d) Komprimieren der Stripping-Mischung, um deren Druck zu erhöhen, (e) Kühlen der Stripping-Mischung, um deren Temperatur zu verringern, wodurch mindestens ein erster Teil des Niederalkylalkohols zu einer Flüssigkeit kondensiert wird, vorzugsweise durch Leiten der Stripping-Mischung durch einen oder mehrere Wärmetauscher, durch welche ein Kühlmittel fließt, das die Temperatur der Stripping-Mischung auf weniger als –35°C verringert. (f) Abtrennen von kondensiertem Niederalkylalkohol von der Stripping-Mischung, um die Menge an Niederalkylalkohol in der Stripping-Mischung auf einen Bereich von etwa 1 ppm bis etwa 10.000 ppm zu verringern, und (g) Lenken der restlichen Stripping-Mischung zu einer Expansionsturbine, in welcher die Temperatur und der Druck der Stripping-Mischung verringert werden, wobei aus der Verringerung der Temperatur und des Drucks in der Expansionsturbine resultierende Energie dazu verwendet wird, die von der Reaktionsmischung abgetrennte Stripping-Mischung zu komprimieren, und wobei vorzugs weise die Stripping-Mischung, welche die Expansionsturbine verlässt, als Kühlmittel in mindestens einem der Wärmetauscher verwendet wird.