DK166994B1 - Fremgangsmaade og apparat til udfoerelse af en kemisk dehydratiseringsreaktion - Google Patents

Description

i DK 166994 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et apparat til udførelse af en kemisk dehydratiseringsreaktion på industrielt fordelagtig måde.

Blandt organisk-kemi ske reaktioner kendes en række reaktioner, der 5 indbefatter dannelse af vand, nemlig dehydratiseringsreaktioner, såsom ketaldannelse, forestring og alkoholatdannelse.

I dehydratiseringsreaktionssystemet eksisterer der en ligevægt mellem udgangsmaterialesystemet og reaktionsproduktsystemet. Under indvirkning af det vand, der dannes under reaktionsforløbet, falder reaktions-10 hastigheden gradvist, indtil der opnås en ligevægt, hvor reaktionen ikke længere forløber.

Ligevægten gør det således i almindelighed vanskeligt at opnå de ønskede hovedprodukter i højt udbytte i dehydratiseringsreaktionssystemet.

15 Af denne grund har det hidtil været forsøgt at øge udbyttet af reaktionsprodukter ved at anvende et reaktionsopløsningsmiddel i stor mængde for ved fortynding at opnå en relativ formindskelse af koncentrationen af det dannede vand og dermed reducere ligevægtens indvirkning på reaktionen, ved at anvende forskellige dehydratiseringsmidler, der er 20 inerte for reaktionen for derved at fjerne det dannede vand fra systemet eller ved at gentage portionsvis tilsætning af et reaktionsopløsningsmiddel og fjernelse af vand ved destillation for derved at formindske koncentrationen af det dannede vand og reducere vandets indvirkning trin for trin.

25 Ifølge ligevægtsloven kan en forøgelse i udbyttet af et ønsket ho vedreaktionsprodukt forventes, når en komponent i udgangsmaterialesystemet, f.eks. et reaktionsopløsningsmiddel, anvendes i relativt øget mængde. Denne foranstaltning kan imidlertid ikke anses som en fordel ud fra et industrielt synspunkt, da den kræver en stor mængde energi, ikke kun 30 til udførelse af reaktionen, men også til adskillelse og genvinding af opløsningsmidlet efter reaktionen.

Selv når det dannede vand kan fjernes ved anvendelse af forskellige dehydratiseringsmidler, er den generelle anvendelse af disse ikke let, da den medfører betragtelige omkostninger til regenerering eller gen-35 vinding af dehydratiseringsmidl erne.

For at opnå de ønskede produkter i godt udbytte i kommerciel målestok er det derfor meget vigtigt at gennemføre reaktionen under effektiv fjernelse af det under dehydratiseringsreaktionen dannede vand fra reak- DK 166994 B1 2 ti onssystemet.

Opfinderne har foretaget omfattende undersøgelser med henblik på at undgå ovenstående problemer og er som resultat af disse undersøgelser nået frem til den foreliggende opfindelse, hvorved problemerne undgås.

5 Den foreliggende opfindelse tilvejebringer en fremgangsmåde og et apparat til udførelse af en kemisk dehydratiseringsreaktion til frembringelse af en højtkogende forbindelse under anvendelse af et organisk opløsningsmiddel.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at den om-10 fatter, at reaktionen gennemføres under afdestillation af det resulterende vand sammen med det organiske opløsningsmiddel ved hjælp af damprekompressionsteknik i et apparat ifølge opfindelsen.

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at det omfatter en reaktor til at optage et råmateriale og et organisk opløsningsmiddel 15 og til at udføre en kemisk dehydratiseringsreaktion til frembringelse af en højtkogende forbindelse, en forvarmer til at trække et reaktionsprodukt fra reaktoren og til at opvarme reaktionsproduktet, en fordamper til at modtage reaktionsproduktet fra forvarmeren og til sammen med det organiske opløsningsmiddel at fordampe vand dannet ved fordampning af 20 reaktionsproduktet under reduceret tryk, medens den resulterende højtkogende forbindelse returneres til reaktoren, en blæser til at trække damp fra fordamperen og til at komprimere dampen for at hæve dens temperatur, en varmevekslingspassage indrettet ud i ét med fordamperen til at modtage den komprimerede damp fra blæseren for varmeveksling med reak-25 tionsproduktet i fordamperen for at lette fordampningen, en dehydratisa-tor til at kondensere den fra varmevekslingspassagen tilførte komprimerede damp for at dehydratisere den og til at udlede vand fremkommet ved dehydratiseringen samt en returpassage til at returnere det i dehydrato-ren dehydratiserede organiske opløsningsmiddel til reaktoren.

30 I apparatet ifølge opfindelsen kan en dehydratiseringsreakion til frembringelse af en højtkogende forbindelse under anvendelse af et organisk opløsningsmiddel udføres som følger. Råmaterialet og det organiske opløsningsmiddel indføres i cirkulationssystemet indbefattende reaktoren, forvarmeren og fordamperen for at udvirke den kemiske dehydratise-35 ringsreaktion, det som resultat af dehydratiseringsreaktionen dannede vand udtages sammen med opløsningsmidlet i form af damp, dampen kompri-meres ved anvendelse af en blæser, der udvirkes en varmeveksling mellem den komprimerede damp og fordamperen for at øge varmevekslingsraten, den DK 166994 B1 3 komprimerede damp dehydratiseres ved kondensation under anvendelse af dehydratoren, det dehydratiserede vand fjernes fra systemet, og det resterende opløsningsmiddel returneres til reaktoren. Ved denne fremgangsmåde kan det organiske opløsningsmiddel ved cyklisk gentagelse af pro-5 cessen anvendes til efterfølgende reaktion, medens det dannede vand fjernes.

Den foreliggende opfindelse kan anvendes på en hvilken som helst kemisk dehydratiseringsreaktion, hvor vand dannes intermolekylært, og det ønskede produkt er en højtkogende forbindelse, uden nogen specielle 10 begrænsninger. Som udtrykket "højtkogende forbindelse" anvendes her, betyder det en forbindelse, som ikke koger ved reaktionstemperaturen og har et højere kogepunkt end det anvendte organiske opløsningsmiddel, således at den ikke kan destilleres af sammen med det organiske opløsningsmiddel.

15 Den kemiske dehydratiseringsreaktion indbefatter bl.a. esterdannelse ud fra en syre, såsom en carboxylsyre, en sul fonsyre eller en uorganisk syre, og en alkohol, alkoholatdannelse ud fra et al kalimetal hydroxid (f.eks. kaliumhydroxid eller natriumhydroxid) og en alkohol, og acetal- eller ketaldannelse som resultat af kondensation af en carbonylfor-20 bindelse (aldehyd eller keton) med en hydroxygruppeholdig forbindelse.

Et typisk eksempel på esterdannelsen er fremstillingen af diethyl -mal eat ud fra ethanol og maleinsyre, og et typisk eksempel på al koholat-dannelsen er fremstillingen af natriummethyl at ud fra methanol og kau-stisk soda. Dannelsen af acetaler ud fra et aldehyd og en alkohol og 25 dannelsen af ketaler ved kondensation af to hydroxygrupper i en polyhy-droxyforbindelse (f.eks. sukker, 2-keto-gluconsyre eller ascorbinsyre) og et molekyle af en ketonforbindelse (japansk patentpublikation nr. 58-55494 og nr. 58-167584, der begge er publiceret i 1983 og japansk patentansøgning nr. 58-179872, nr. 58-179873 og nr. 58-181305, der alle er 30 indleveret i Japan i 1983) er eksempler på acetal- eller ketaldannelsen.

Det organiske opløsningsmiddel, der anvendes ved udførelse af en kemisk dehydratiseringsreaktion ifølge opfindelsen, kan være et hvilket som helst opløsningsmiddel, der er i stand til at blive afdestilieret sammen med vand i reaktionen. Det kan være en udgangsforbindelse, der 35 samtidig tjener som opløsningsmiddel eller et opløsningsmiddel, der er irrelevant for dannelsen af det ønskede produkt, men blot anvendes for at opløse udgangsmaterialerne. Et passende organisk opløsningsmiddel må vælges ud fra den reaktion, der skal gennemføres. Generelt kan der imid- DK 166994 B1 4 lertid nævnes sådanne sædvanlige opløsningsmidler som alkoholer (f.eks. methanol, ethanol, propanol, isopropylal kohol), ketoner (f.eks. acetone, methyl ethyl keton, diethyl keton, cyclohexanon, methyl isobutylketon) og endvidere aromatiske opløsningsmidler (f.eks. benzen, toluen, xylen).

5 Ved udøvelse af opfindelsen er et højere indhold af vand i gasfasen fordelagtigt, ud fra et industrielt synspunkt, ved afdestillation af dannet vand sammen med det organiske opløsningsmiddel. Af denne årsag er det ønskeligt at anvende et organisk opløsningsmiddel, som er i stand til at danne en azeotrop med vand, forudsat at opløsningsmidlet ikke hindrer 10 formålet med reaktionen. Eksempler på sådanne azeotrope systemer er systemer af på den ene side vand og på den anden side benzen, ethanol eller methyl isobutylketon.

Reaktionsbetingelserne, såsom temperatur, tryk og tid udvælges passende i afhængighed af arten af den kemiske dehydratiseringsreaktion, 15 som skal gennemføres. I denne henseende er der ikke nogen særlig begrænsning ved udøvelse af opfindelsen. Til katalyse af den kemiske dehydrati seringsreaktion kan der anvendes forskellige almindeligt anvendte sure katalysatorer, forudsat at de ikke giver nogen vanskeligheder ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. F.eks. kan der til ke-20 taldannelse nævnes sådanne katalysatorer som cuprichlorid eller -bromid, der er beskrevet i japansk patentpublikation nr. 58-55494, der er publiceret i 1983, kobber eller jern eller et oxid, hydroxid eller salt deraf og hydrogenhalogenid som beskrevet i japansk patentpublikation nr. 58-167583, der er publiceret i 1983, katalysatorer defineret som hydrogen-25 iodid i japansk patentpublikation nr. 58-167582, der er publiceret i 1983 (iod, hydroiodsyre etc.) og yderligere antimonpentachlorid og anti-monpentafluorid. Svovlsyre, saltsyre og paratoluensulfonsyre er eksempler på forestringkatalysatoren.

Ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen destilleres det 30 dannede vand og det organiske opløsningsmiddel af i et vandrekompressionssystem, hvor den i en fordamper genererede damp rekomprimeres for anvendelse som varmekilde for sig selv.

Omfanget af kompression ved damprekompressionen udvælges i afhængighed af kogepunktsforhøjelsen i reaktionssystemet, den mekaniske virk-35 ningsgrad ved dampkompression og andre faktorer. I almindelighed er en kompression på ikke mere end ca. 2, f.eks. ca. 1,4 til 1,6 at foretrække i de fleste tilfælde.

Opfindelsen beskrives nærmere i det følgende ved hjælp af foretruk- DK 166994 B1 5 ne udføre!sesformer og under henvisning til tegningen, hvor figur 1 ti! 3 er systemdiagrammer over et apparat ti! udførelse af en kemisk dehydratiseringsreaktion i henhold til forskellige udførelsesformer af opfindelsen.

5 Før den videre beskrivelse af opfindelsen skal det nævnes, at dele, der svarer til hinanden på tegningen, er betegnet med samme henvisningstal .

I figur 1 vises et apparat til udøvelse af dehydratiseringsreaktionen omfattende et reaktionscirkulationssystem bestående af et sløjfe-10 kredsløb 10 med en reaktor 11, en cirkulationspumpe 12, en dampforvarmer 13 og en fordamper 14; et varmevekslersystem bestående af en kredsløbsledning 20 med en gas-væskeseparator 21, der står i forbindelse med fordamperen 14, en blæser 22, en varmevekslingspassage 23 og en kondensattank 24; et kombineret dehydratiserings- og opløsningsmiddelreturne-15 ringssystem bestående af en kredsløbsledning 30 med en kondensatpumpe 31, en dehydrator 32, en væskeforvarmer 33 og en returpassage 34, der alle er anbragt mellem fordamperen 14 og kondensattanken 24; samt et va-cuum-frembringel sessystem bestående af en kredsløbsledning 40 med en kondensator 41, der står i forbindelse med fordamperen 14, en vacuumpum-20 pe 42 og en udluftningskondensator 43. Reaktionscirkulationssystemet er forsynet med en strømningsreguleringsventil 15 og en temperaturreguleringsventil 16. Varmevekslersystemet er forsynet med en strømningsindikator 25 og temperaturreguleringsventil 26. Det kombinerede dehydratiserings- og opløsningsmiddelreturneringssystem er forsynet med en kombine-25 ret niveauindikator og reguleringsventil 35 og en temperaturreguleringsventil 36. Vacuum-frembringel sessystemet er forsynet med en trykreguleringsventil 44.

Reaktoren 11 er således udformet og kan betjenes på en sådan måde, at der, når et råmateriale og et opløsningsmiddel indføres i en tank 11b 30 og derefter sammenblandes med en omrører 11c, kan fremkaldes en kemisk dehydratiseringsreaktion, som er nødvendig for at opnå en højtkogende forbindelse, idet det resulterende reaktionsprodukt, medens det opvarmes af dampforvarmeren 13 med cirkulationspumpen 12, leveres til fordamperen 14. Fordamperen 14 er således udformet og kan betjenes på en sådan måde, 35 at reaktionsproduktet, medens det recirkulerende får lov til at strømme nedad ovenfra i en tank 14a, kan få anledning til at fordampe i kontakt med et radiatorpanel 14b anbragt inden i tanken 14a. Fordampning af reaktionsproduktet gennemføres ved at reducere det indre tryk i tanken 14a DK 166994 B1 6 i fordamperen 14 ved hjælp af vacuum-udviklingssystemet og samtidig ved at udvirke varmeveksling med damp fra varmevekslingssystemet ved radiatorpanelet 14b i tanken 14a. Damp frembragt i fordamperen 14 leveres fra toppen af tanken 14a til gas-væskeseparatoren 21, og den resulterende 5 højtkogende forbindelse returneres fra bunden af tanken 14a til reaktoren 11 gennem en returledning 17. Denne fordamper 14 er fortrinsvis af en sådan konstruktion, at der ikke vil blive dannet kedelsten af en reaktionsvæske på radiatorpanelet 14b, og at der samtidig ikke vil indtræffe nogen skævhed i koncentrationen af en katalysator eller en anden 10 reaktionsvæske ved radiatorpanelet 14b, således at mængden af den cirkulerede reaktionsvæske kan øges. F.eks. er fordamperen 14, når reaktionsvæsken er i form af en opslæmning eller en stendannende væske, fortrinsvis af pladetype, eller den er i øvrigt fortrinsvis af rør- eller pladetype. Gas-væskeseparatoren 21 tjener til at beskytte blæseren 22 mod en 15 tåge af stærkt korroderende materiale, såsom katalysator indeholdt i reaktionsvæsken, som vil blive ledt gennem blæseren 22. Blæseren 22 tjener til at levere damp fra gas-væskeseparatoren 21 til varmevekslingspassagen 23. Varmevekslingspassagen 23 er tilvejebragt ud i ét med fordamperen 14 og kan betjenes på en sådan måde, at varmeveksling kan finde sted 20 gennem radiatorpanelet 14b i tanken 14a mellem det i fordamperen 14 dannede produkt og dampen i varmevekslingspassagen 23. Med andre ord kan varmevekslingspassagen 23 fungere på en sådan måde, at varmeenergi udviklet i dampen i varmevekslingspassagen 23 gennem radiatorpanelet 14b kan overføres til det i fordamperen 14 dannede produkt for at lette for-25 dampning af produktet i fordamperen 14.

Dampen, der er passeret gennem varmevekslingspassagen 23, opsamles i kondensattanken 24. Kondensattanken 24 opsamler tågen i separatoren 21, dampen i varmevekslingspassagen 23 og tågen i kondensatoren 41 i vacuum-udviklingssystemet. Fra tanken 24 leveres det opsamlede flydende 30 opløsningsmiddel indeholdende vand i retning mod dehydratoren 32 ved hjælp af kondensatpumpen 31. I dehydratoren 32 gives det vandholdige opløsningsmiddel, der tilføres af kondensatpumpen 31, anledning til at passere gennem et dehydratiseringsmiddel, såsom f.eks. vandfrit Glauber's salt (Na^SO^), zeolit eller lignende til frembringelse af et hy-35 dratiseret produkt, som derefter trækkes ud af systemet, medens opløsningsmidlet cirkuleres til reaktoren 11 gennem forvarmeren 33 og returpassagen 34, hvorved en cyklus fuldendes. Ved gentagelse af den ovenfor beskrevne cyklus kan vand dannet ved den kemiske dehydratise- DK 166994 B1 7 ringsreaktion, der finder sted i reaktoren 11 mellem råmaterialet og det organiske opløsningsmiddel, fjernes, således at den højtkogende forbindelse opnås i høj renhed.

Vacuum-pumpen 42 kan betjenes således, at luften i fordamperen 14 5 trækkes gennem kondensatoren 41 for at holde trykket i fordamperen 14 på en konstant værdi. Den fra vacuum-pumpen 42 udledte luft udledes fra systemet gennem udluftningskondensatoren 43.

Når apparatet af den ovenfor beskrevne konstruktion skal anvendes, sættes der f.eks. 500 1 vandfri acetone og 50 kg sorbose til reaktoren 10 11, hvori det blandes, og 0,6 kg HI (57%) tilsættes. Derefter sættes vacuum-pumpen 42 i funktion ved f.eks. 30 m3/h for at reducere trykket i fordamperen 14 til en værdi i intervallet fra 500 til 515 Torr. Dampforvarmeren 13 sættes til at opvarme den med blæseren 22 udtagne damp til 46eC, og samtidig bringes blæseren 22 i funktion, og vacuummets størrel-15 se, temperaturen, væskeniveauet og strømningshastigheden i systemet reguleres. Apparatet fremkalder kemisk dehydratisering i et forudbestemt tidsrum, f.eks. ca. 12 timer, under forudbestemte standardbetingelser. Standardbetingelserne er f.eks. således, at det reducerede tryk er i intervallet fra 500 til 515 Torr, temperaturen i reaktoren er 46 ±2°C, 20 indgangstemperaturen til fordamperen 14 er 45,9°C, temperaturen af dampen, der udgår fra fordamperen 14 er 44,4°C, temperaturen af det dannede produkt er 45,3eC, når det fjernes fra fordamperen 14, temperaturen i varmevekslingspassagen 23 er 52,9°C, og den tilførte mængde af vandfri acetone er 500 kg/h.

25 Som tidligere beskrevet indføres ifølge opfindelsen reaktantlad ningen indeholdende mindst et organisk opløsningsmiddel i reaktoren 11, og reaktionsblandingen recirkuleres via fordamperen 14 ved hjælp af cirkulationspumpen 12.

I det indledende trin af operationen fødes vanddamp f.eks. til re-30 aktorens 14 kappe via forvarmeren 13 for derved gradvis at hæve den re-cirkulerende væskes temperatur, hvorefter reaktionen begynder, og en del af det organiske opløsningsmiddel og en del af det dannede vand begynder at fordampe sammen. Dampmængden øges gradvist, og separatoren 21 og blæseren 22 opvarmes. Når temperaturstigningen har nået et tilstrækkeligt 35 niveau til at muliggøre blæserens 22 funktion, afbrydes vanddamptilførslen, hvorved det i figur 1 viste arrangement almindeligvis begynder at fungere som en reaktor og fordamper af damprekompressionstype og holde reaktionen i gang. Denne damp er en blandet damp, der indeholder vand i DK 166994 B1 8 det organiske opløsningsmiddel. Vandindholdet, som varierer i afhængighed af dehydratiseringsreaktionens art, reaktionsbetingelserne, reaktionstilstanden o.s.v. er almindeligvis 200-5000 ppm, og når et azeo-tropt system dannes, kan vandindholdet være forøget til et niveau over 5 dette interval.

Denne damp underkastes derefter gas-væskeseparation i separatoren 21 og bringes så under tryk i blæseren 22, som f.eks. er af "Roots''-type eller af turbotype. Dampen, som nu har øget enthalpi, fødes til fordamperens 14 kappeafsnit, der danner varmevekslingspassagen 23, for at le-10 vere varme til den flydende reaktionsblanding og overføres derefter som afløb til dehydratoren 32 gennem kondensatpumpen 31.

Reaktionen fortsættes i stabil tilstand ved tilførsel af det organiske opløsningsmiddel i en mængde, der svarer til formindskelsen fremkaldt ved fordampning til reaktoren 11 via kondensatpumpen 31, dehydra-15 toren 32, forvarmeren 33 og returpassagen 34. Den inerte gas, der indgår i reaktionsbetingelserne, udledes ved hjælp af vacuumpumpen 42. Som den del af det organiske opløsningsmiddel, der skal tilføres som supplement, anvendes den del, der er behandlet i ovennævnte dehydrator, med fordel gentagne gange ud fra et reaktionsprocesmæssigt synspunkt.

20 Hvad angår fordampningsudstyret af damprekompressionstype, der skal anvendes ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er forskellige kombinationer mulige med hensyn til at art, type etc.

Fordamperen kan f.eks. passende udvælges blandt forskellige typer af fordampere, såsom pladetypen og rørtypen, og reaktionsbiandingsrecir-25 kuleringsmetoden blandt den forcerede, den spontant nedadstrømmende og andre funktionsmåder under behørig hensyntagen til bl.a. reaktionens karakter og reaktionsblandingens fysiske egenskaber. Det er også muligt at justere reaktionsblandingens koncentration og/eller reaktionshastigheden ved at øge eller mindske mængden af organisk opløsningsmiddel, der til-30 sættes.

Opfindelsen kan enten udøves kontinuert ved at udtage reaktionsblandingen fra reaktionssystemet fra reaktorens bund gennem en cirkulations- og udtagningspumpe 51, medens reaktionen fortsættes som vist i figur 2 eller portionsvis ved at arrangere en række reaktorer 11-1 og 35 11-2 parallelt med hinanden som vist i figur 3, idet udvælgelsen foretages i afhængighed af reaktionssystemets og/eller apparaturets karakteristika. Det må bemærkes, at i det i figur 2 viste apparat er reaktoren 1Γ udformet ud i ét med fordamperen 14'.

DK 166994 B1 9

Opfindelsen illustreres nærmere i det følgende ved hjælp af eksempler.

Eksempel 1 5 Til 700 1 acetone sattes 50 kg L-sorbose og 1,1 kg hydroiodsyre (57%), og reaktionen udførtes ved 51°C i seks timer. Til denne reaktion anvendtes et apparat opbygget af en reaktor, en fordamper af pladetype og en kompressor forbundet på en sådan måde, at der opnåedes et fordampningssystem af damprekompressionstype som vist i figur 1. I det indle-10 dende reaktionstrin opvarmedes fordamperen ved tilførsel af ekstern damp ved et overtryk på 1,9 kg/cm2. Som resultat nåede temperaturen inden for pladen ca. 60°C på ca. 70 min., nemlig en stabil driftstilstand. Derefter afdestilieredes vandig acetone (vandindhold: 200 til 3000 ppm) med en hastighed på ca. 700 1/h og behandledes for dehydratisering med 15 vandfrit natriumsulfat. Den således opnåede tørrede acetone holdtes på 51°C og sattes til reaktoren som kompensation for den del af acetonen, som afdestilieredes. På denne måde fortsattes reaktionen.

Efter fuldendelse af reaktionen køledes reaktionsblandingen og neutraliseredes, hvorefter acetonen afdestilieredes. Remanensen ekstrahere-20 des med benzen, og benzenen destilleredes fra ekstrakten, og 60,5 kg (84% udbytte) 2,3:4,6-di-0-isopropyliden-L-sorbofuranose opnåedes som remanens. I tabel 1 vises til sammenligning energiforbruget ved fremgangsmåden udført i et apparat ifølge opfindelsen og ved en simpel destillationsmetode ifølge den kendte teknik.

25

Tabel 1

Simpel desti 11a- Fremgangsmåde ti onsmetode udført i et apparat 30 ifølge opfindelsen

Ekstern damp (kg/h) 140 11

Elektricitet (kWh/h) - 4,0 35

Eksempel 2 50 kg L-sorbose og 0,6 kg hydroiodsyre (57%) sattes til 500 1 acetone, og reaktionen udførtes ved 46°C på samme måde og i samme apparatur DK 166994 B1 10 som i eksempel 1. Fordamperen opvarmedes ved tilførsel af ekstern damp med et overtryk på 1,9 kg/cm2. Temperaturen inden for pladen nåede ca. 55,5‘C på ca. 60 min., hvor vandig acetone (vandindhold: 300 til 2000 ppm) begyndte at destillere af med en hastighed på 500 kg/h. Den vandige 5 acetone dehydratiseredes med vandfrit natriumsulfat og sattes ved 46eC til reaktoren som kompensation for faldet i acetoneindhold p.g.a. afde-stillation. Reaktionen fortsattes på denne måde i tolv timer.

Reaktionsblandingen behandledes på samme måde som i eksempel 1, og der opnåedes 63,5 kg (88% udbytte) 2,3:4,6-di-0-isopropyliden-L-sorbofu-10 ranose. Energiforbruget i dette eksempel vises i tabel 2 i sammenligning med et konventionelt, simpelt destillationstilfælde.

Tabel 2 15 Simpel desti 11a- Fremgangsmåde ti onsmetode udført i et apparat ifølge opfindelsen 20 Ekstern damp (kg/h) 120 10

Elektricitet (kWh/h) - 3,7

Eksempel 3

Til 500 1 ethanol sattes 150 kg maleinsyreanhydrid og 4,5 kg kon-25 centreret svovlsyre, og reaktionen fortsattes i samme apparatur som i eksempel 1 ved ca. 64°C i syv timer. Fra reaktionens begyndelse sattes damp til fordamperen ved et overtryk på 1,9 kg/cm2. På 80 min. nåede temperaturen i reaktoren et stabilt niveau på ca. 74eC. Ethanolen desti lieredes af sammen med det dannede vand.

30 For at kompensere for den mængde ethanol, dér var destilleret af, tilsattes kontinuert i gennemsnit 300 1/time dehydratiseret ethanol, som forvarmedes til 64°C. Efter fuldendelse af reaktionen destilleredes ethanolen etc. af ved opvarmning. Der opnåedes 210 kg (95% udbytte) di-ethylmaleat som remanens. Energiforbruget i dette eksempler vises i ta-35 bel 3 i sammenligning med en konventionel simpel destillationsmetode.

11 DK 166994 Bl

Tabel 3

Simpel desti 11a- Fremgangsmåde ti onsmetode udført i et apparat 5 ifølge opfindelsen

Ekstern damp (kg/h) 94 6

Elektricitet (kWh/h) - 2,4 10

Eksempel 4 10 kg kaustisk soda sattes til 400 1 methanol, og reaktionen udførtes ved ca. 55°C i samme reaktions-/fordampningsapparatur, som det der er beskrevet i eksempel 1. Til indledning af reaktionen sattes damp 15 til fordamperen ved et overtryk på 1,9 kg/cm2, hvorved temperaturen på pladens inderside gradvis steg til ca. 65,5°C, og methanol med et vandindhold på 0,7% begyndte at destillere af ved denne temperatur. I denne stabile reaktionstilstand afdestilieredes vandig methanol med 200 1/h i gennemsnit, og den tilsvarende dehydratiserede methanol tilsattes konti -20 nuert ved 55eC. Efter fuldendelse af reaktionen afdestilieredes opløsningsmidlet og de flygtige stoffer, og der opnåedes 16,5 kg (98% udbytte) natriummethyl at som remanens. Energiforbruget ved denne fremgangsmåde vises i tabel 4 i sammenligning med en konventionel, simpel destilla-tionsmetode.

25

Tabel 4

Simpel desti 11a- Fremgangsmåde ti onsmetode udført i et apparat 30 ifølge opfindelsen

Ekstern damp (kg/h) 82 4

Elektricitet (kWh/h) - 1,5 35

Som beskrevet i det foranstående bl iver,ifølge opfindelsen, det ved den kemiske dehydratiseringsreaktion dannede vand destilleret af sammen med det organiske opløsningsmiddel ved damprekompression. Som resultat DK 166994 B1 12 kan det dannede vand fjernes effektivt fra reaktionssystemet, og den kemiske ligevægt kan hurtigt forskydes.

Mere specifikt bringes reaktionen, udført i et apparat ifølge opfindelsen, til at forløbe ved kontinuert tilførsel af dehydratiserings-5 opløsningsmidlet samtidig med, at vandet afdestilleres fra systemet sammen med opløsningsmidlet. Brugen af damprekompressionsindretningen for reaktionsvæsken i opløsningssystemet gør fremgangsmåden ifølge opfindelsen praktisk acceptabel ud fra et økonomisk synspunkt. Hidtil har en væsentlig mængde stærk syrekatalysator, såsom sul fonsyre, været anvendt 10 ved kemisk syntese af diacetone-L-sorbose (DAS). Selv om brugen af en øget mængde opløsningsmiddel udvirker den øgede fortyndingseffekt af det dannede vand, kan mængden af opløsningsmidlet begrænses med hensyn til sikringen af katalysatorkoncentrationen og omkostningerne, der kræves for at genvinde opløsningsmidlet, og følgelig er DAS-udbyttet ved DAS-15 reaktionen, som følger: ^L-sorbose 50 kg

Kendt teknik , Acetone 700 1 ► DAS-udbytte: 80% H2S04 26,5 1 20 Opfindelsen DAS-udbytte: 88%

Medens den kendte teknik har krævet brug af en kompliceret og bekostelig genvindingsproces for et mellemprodukt, som ikke har resulteret i DAS, er det således muligt ifølge opfindelsen at eliminere brugen af en 25 sådan genvindingsproces.

Opfindelsen tilvejebringer således en fremgangsmåde til udførelse af en kemisk dehydratiseringsreaktion på en ud fra et industrielt synspunkt meget fordelagtig måde, ved hvilken fremgangsmåde udbyttet af det ønskede produkt kan øges under energibesparelse ved positiv anvendelse 30 af et fordampningsudstyr af damprekompressionstype med det formål at forskyde reaktionsligevægten mod reaktionsproduktsiden.

Claims (7)

1. Apparat til udførelse af en kemisk dehydratiseringsreaktion til frembringelse af en højtkogende forbindelse under anvendelse af et 5 organisk opløsningsmiddel, KENDETEGNET ved, at det omfatter en reaktor (11) til at optage et råmateriale og et organisk opløsningsmiddel og til at udføre en kemisk dehydratiseringsreaktion til frembringelse af en højtkogende forbindelse, en forvarmer (13) til at trække et reaktionsprodukt fra reaktoren 10 og til at opvarme reaktionsproduktet, en fordamper (14) til at modtage reaktionsproduktet fra forvarmeren og til sammen med det organiske opløsningsmiddel at fordampe vand dannet ved fordampning af reaktionsproduktet under reduceret tryk, medens den resulterende højtkogende forbindelse returneres til reaktoren, 15 en blæser (22) til at trække damp fra fordamperen og til at komprimere dampen for at hæve dens temperatur, en varmevekslingspassage (23) indrettet ud i ét med fordamperen til at modtage den komprimerede damp fra blæseren for varmeveksling med reaktionsproduktet i fordamperen for at lette fordampningen, 20 en dehydratisator (32) til at kondensere den fra varmevekslingspas sagen tilførte komprimerede damp for at dehydratisere den og til at udlede vand fremkommet ved dehydratiseri ngen, samt en returpassage (34) til at returnere det i dehydratisatoren dehydrati serede organiske opløsningsmiddel til reaktoren. 25

2. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at reaktoren (11) og fordamperen (14) er udformet ud i ét med fordamperen anbragt over reaktoren.

3. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at fordamperen (14) er af en type, hvor en tynd film bevæger sig nedad i et rør. 1 2 Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at fordamperen (14) er af pladetype. 35 2 Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at det yderligere omfatter en vacuum-pumpe (42) til at etablere det reducerede tryk i fordamperen. DK 166994 B1 14

6. Fremgangsmåde til udførelse af en kemisk dehydrati seringsreaktion til frembringelse af en højtkogende forbindelse under anvendelse af et organisk opløsningsmiddel, KENDETEGNET ved, at den omfatter, at reak- 5 tionen gennemføres under afdesti nation af det resulterende vand sammen med det organiske opløsningsmiddel ved hjælp af damprekompressionsteknik i et apparat ifølge krav 1.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, KENDETEGNET ved, at dampindholdet 10 i det organiske opløsningsmiddel er ca. 200 til 5000 ppm.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 6, KENDETEGNET ved, at den kemiske dehydratiseringsreaktion er en omsætning af en keton med en sukkerart til frembringelse af en sukkerketal.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 6, KENDETEGNET ved, at den kemiske dehydratiseringsreaktion er en reaktion til frembringelse af diacetone-L-sorbose. 20 25 30