EP2051802A1 - System, reactor and process for the continuous industrial production of polyetheralkylalkoxysilanes - Google Patents

System, reactor and process for the continuous industrial production of polyetheralkylalkoxysilanes

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EP2051802A1
EP2051802A1 EP07787201A EP07787201A EP2051802A1 EP 2051802 A1 EP2051802 A1 EP 2051802A1 EP 07787201 A EP07787201 A EP 07787201A EP 07787201 A EP07787201 A EP 07787201A EP 2051802 A1 EP2051802 A1 EP 2051802A1
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EP
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reactor
reactors
reaction
catalyst
downstream
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Withdrawn
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EP07787201A
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Jürgen Erwin LANG
Georg Markowz
Dietmar Wewers
Harald Metz
Norbert Schladerbeck
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a novel reactor and a plant for the continuous industrial production of polyetheralkylalkoxysilanes by reacting an ⁇ , ß-unsaturated aliphatic polyether compound with a HSi compound and a related method.
  • Organosilanes such as vinylchloro or vinylalkoxysilanes (EP 0 456 901 A1, EP 0 806 427 A2), chloroalkylchlorosilanes (DE-AS 28 15 316, EP 0 519 181 A1, DE 195 34 853 A1, EP 0 823 434 A1, EP 1 020 473 A2), alkylalkoxysilanes (EP 0 714 901 A1, DE 101 52 284 A1), fluoroalkylalkoxysilanes (EP 0 838 467 A1, DE 103 01 997 A1), aminoalkylalkoxysilanes (DE-OS 27 53 124, EP 0 709 391 A2 , EP 0 849 271 A2, EP 1 209 162 A2, EP 1 295 889 A2), glycidyloxyalkylalkoxysilanes (EP 1 070 721 A2, EP 0 934 947 A2), methacryloxy
  • Microstructured reactors as such for example for a continuous production of polyether alcohols (DE 10 2004 013 551 A1) or the synthesis of u. a. Ammonia, methanol, MTBE (WO 03/078052) are known. Also microreactors for catalytic reactions are known (WO 01/54807). However, so far the microreactor technology for the industrial production of organosilanes has been omitted or at least not realized. The tendency of alkoxy- and chlorosilanes to hydrolysis - even with small amounts of moisture - and corresponding caking in a Organosilanher einsstrom probably to be seen as a sustainable problem.
  • the object was to provide a further possibility for the industrial production of polyetheralkylalkoxysilanes.
  • the hydrosilylation of an HSi-containing component B in particular a hydrogenalkoxysilane
  • an ⁇ , ß-unsaturated aliphatic polyether compound (Component A) in the presence of a catalyst C in a simple and economical manner on an industrial scale and continuously in a multi-element reactor (5) based systems can perform advantageous, in particular the multi-element reactor (5) at least two reactor units in the form of interchangeable pre-reactors ( 5.1) and at least one further pre-reactor downstream reactor unit (5.3) includes.
  • the continuous operation of the process according to the invention contribute, since the present multielement reactor (5) the targeted, regular exchange of pre-reactors, in which deposits significant amounts of hydrolyzate after an operating time , allows against fresh pre-reactors even under operating conditions.
  • pre-reactors can be used in a particularly advantageous manner, which are equipped with packing, which even more targeted and effective separation of hydrolyzate or particles and thus a reduction in constipation tendency and downtime of the system can be achieved by deposits and caking in the reactor.
  • the educts vorzumischen immediately before the multi-element reactor continuously can also be done cold, then heat in the multi-element reactor and there targeted and continuously implement. It is also possible to add a catalyst to the educt mixture. Subsequently, the product can be worked up continuously, z. As in a evaporation, rectification and / or in a Kurzweg- or thin-film evaporator - to name just a few options.
  • the heat of reaction liberated in the reaction can be advantageous in the multi-element reactor over the large in relation to the reactor volume Surface of the reactor inner walls and - if provided - are discharged to a heat transfer medium.
  • the present invention enables the preservation of process reliability in a comparatively simple and economical manner.
  • a drastic process intensification in particular shortening of the process time under reaction conditions by more than 99%, based on the space-time yield, compared to the standard batch process can be achieved.
  • the present reactions were carried out in a stainless steel multi-element reactor.
  • the present reactions can be dispensed with the use of special materials in an advantageous manner.
  • the reproducibility compared to comparable studies in batch processes could be significantly improved.
  • a multi-element reactor advantageously contains at least one interchangeable, preferably filled with preforms pre-reactor
  • a surprisingly long system life even without stoppages, which are caused by caking or deposits are made possible.
  • the present invention thus relates to a plant for the continuous industrial implementation of a reaction in which an ⁇ , ⁇ -unsaturated aliphatic polyether compound A is reacted with an HSi compound B in the presence of a catalyst C and optionally further auxiliaries and the plant is at least mixed on the starting material ( 3) for the components A (1) and B (2), at least one multi-element reactor (5) which in turn contains at least two reactor units in the form of at least one replaceable prereactor (5.1) and at least one further reactor unit (5.3) connected downstream of the prereactor system, and based on a product work-up (8).
  • the present invention furthermore relates to a multielement reactor (5) for reacting hydrolyzable silanes, in particular those containing H-Si units, which in turn has at least two reactor units in the form of at least one replaceable prereactor (5.1) and at least one further reaction unit connected downstream of the prereactor system (5.3).
  • Prereactors (5.1) are preferred, which are equipped with packing.
  • Suitable fillers are, for example-but not exclusively-structured fillers, ie regular or irregular particles of the same or different size, preferably having an average particle size, the average particle diameter of the cross-sectional area ⁇ 1/3, particularly preferably 1/10 to 1 / 100, the free cross section of the respective reactor unit (5.1) and the average particle cross-sectional area is preferred 100 to 10 ⁇ 6 mm 2 , such as chips, fibers / wool, spheres, splinters, strands with round or approximately circular or angular cross-section, spirals, cylinders, tubes, beakers, saddles, honeycomb bodies, plates, mesh, fabric, open-pore Sponges, irregular shaped or hollow bodies, (structural) packings or containers of the aforementioned structural bodies, etc.) spherical bodies of metal, metal oxide, ceramic, glass or plastic (such as steel, stainless steel, titanium, copper, aluminum, titanium oxides, Aluminum oxides, corundum
  • FIGS. 1 to 6 show flow diagrams of plants or plant parts as preferred embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 shows a preferred continuous system in which the reactant components A and B are combined in unit (3), fed to unit (5), which may contain an immobilized catalyst, reacted therein and the reaction product in the unit (8) is worked up.
  • FIG. 2 shows a further preferred embodiment of a continuous plant according to the invention, in which a catalyst C is fed to component B.
  • the catalyst in particular a homogeneous catalyst, but also the
  • a unit of a reactor is understood as meaning an element of the multielement reactor (5), each element representing a region or reaction space for the said reaction, cf. for example, (5.1) (reactor unit in the form of a pre-reactor) in Figure 4 and (5.5) [reactor unit of an integrated block reactor (5.3.1)] in Figure 5 and (5.10) [reactor unit of a Mikrorohrbündel Anlagen (2004)erreaktors (5.9)].
  • Reactor units of a multielement reactor (5) in the context of the present invention are in particular stainless steel or quartz glass capillaries, stainless steel tubes or well-dimensioned stainless steel reactors, for example pre-reactors (5.1), tubes (5.10) in microtube bundle heat exchanger reactors [e.g.
  • the inner walls of the reactor elements may be coated, for example with a ceramic layer, a layer of metal oxides, such as Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , zeolites, silicates, to name only a few, but also organic polymers, in particular fluoropolymers, such as Teflon, are possible.
  • metal oxides such as Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , zeolites, silicates, to name only a few, but also organic polymers, in particular fluoropolymers, such as Teflon, are possible.
  • a plant according to the invention comprises one or more multi-element reactors (5), which in turn are based on at least 2 to 1,000,000 reactor units, including all natural numbers in between, preferably from 3 to 10,000, in particular from 4 to 1,000 reactor units.
  • the reactor or reaction space of at least one reactor unit preferably has a semicircular, semi-oval, round, oval, triangular, square, rectangular or trapezoidal cross-section perpendicular to the flow direction.
  • a cross section preferably has a cross-sectional area of 75 ⁇ m 2 to 75 cm 2 .
  • Particularly preferred are cross-sectional areas of 0.7 to 120 mm 2 and all numerically intervening numerical values.
  • a diameter of> 30 ⁇ m to ⁇ 15 mm, in particular 150 ⁇ m to 10 mm is preferred.
  • Square cross-sectional areas preferably have edge lengths of> 30 ⁇ m to ⁇ 15 mm, preferably 0.1 to 12 mm, on.
  • reactor units with differently shaped cross-sectional areas can be present in a multielement reactor (5) of a system according to the invention.
  • the structure length in a reactor unit i. H. from entry of the reaction or product stream into the reactor unit, cf. z. B. (5.1 and 5.1.1) or (5.5 and 5.5.1), until the exit, cf. (5.1.2) or (5.5.2), preferably 5 cm to 500 m, including all numerically intervening numerical values, particularly preferably> 15 cm to 100 m, very particularly preferably 20 cm to 50 m, in particular 25 cm to 30 m.
  • reactor units whose respective reaction volume also referred to as reactor volume, that is to say the product of cross-sectional area and structure length
  • reactor volume that is to say the product of cross-sectional area and structure length
  • the reactor volume of a reactor unit of a system according to the invention is particularly preferably 0.05 ml to 10 l, very particularly preferably 1 ml to 5 l, very particularly preferably 3 ml to 2 l, in particular 5 ml to 500 ml.
  • systems according to the invention can be based on one or more multi-element reactors (5), which are preferably connected in parallel.
  • said multi-element reactors (5) can also be switched one behind the other so that the product which originates from the preceding multi-element reactor can be fed to the inlet of the subsequent multi-element reactor.
  • Present multielement reactors (5) can advantageously be combined with a reactant component stream (4) or (5.2), which is suitably divided into the respective sub-streams, cf. z. B. (5.4) in Figure 5 and (5.11) in Figure 6, are fed.
  • the product streams can be combined, cf. z. B. (5.7) in Figure 5, (5.12) in Figure 6 and (7), and then work up advantageously in a workup unit (8).
  • a processing unit (8) initially have a condensation or evaporation stage, followed by one or more distillation stages.
  • a multielement reactor (5) of a plant according to the invention can be based on at least two stainless steel capillaries connected in parallel or on at least two quartz glass capillaries connected in parallel or at least one shell and tube heat exchanger reactor (5.9) or at least one integrated block reactor (5.3.1).
  • stainless steel capillaries, reactors or pre-reactors which advantageously consist of a high-strength, high-temperature-resistant and stainless steel; for example, but not exclusively, pre-reactors, capillaries, block reactors, shell-and-tube heat exchanger reactors, etc., are made of steel of the type 1.4571 or 1.4462, cf.
  • the steel facing the reaction chamber surface of a stainless steel capillary or a multi-element reactor with a polymer layer, for example a fluorine-containing layer, including Teflon, or a ceramic layer, preferably an optionally porous SiO 2 -, TiO 2 - or AI 2 O 3 layer, in particular for receiving a catalyst be equipped.
  • an integrated block reactor as can be seen, for example, as a temperature-controllable block reactor constructed from defined-structured metal plates (also referred to below as a plane) from http://www.heatric.com/phe-construction.html.
  • the production of said structured metal plates or planes from which a block reactor can then be produced can be, for example, by etching, turning, cutting, milling, embossing, rolling, spark erosion, laser processing, plasma technology or another technique known per se Machining methods take place.
  • etching turning, cutting, milling, embossing, rolling, spark erosion, laser processing, plasma technology or another technique known per se Machining methods take place.
  • the respective grooves or joints start on a front side of the metal plate, are continuous and usually end on the opposite end face of the metal plate.
  • FIG. 5 shows a plane of an integrated block reactor (5.3.1) with a plurality of reactor units or elements (5.5).
  • a level usually consists of a base plate made of metal with metal walls thereon (5.6), the reaction chambers (5.5) together with a cover plate made of metal and a unit for temperature control (6.5, 6.6), preferably a further level or textured metal plate, limit.
  • the unit (5.3.1) contains an area (5.4) for feeding and distributing the educt mixture (5.2) into the reactor elements (5.5) and a region (5.7) for combining the product streams from the reaction areas (5.5) and discharging the product stream ( 7).
  • an integrated block reactor (5.3.1)
  • several such previously described levels may be connected one above the other.
  • integrated block reactors (5.3.1) are advantageously surrounded by a temperature control unit (6.5, 6.6), which enables the heating or cooling of the block reactor (5.3.1), ie a targeted temperature control.
  • a medium (D) z. B.
  • Marlotherm or Mediatherm by means of a heat exchanger (6.7) tempered and fed via line (6.8) a pump (6.9) and line (6.1) of the temperature control unit (6.5) and via (6.6) and (6.2) removed and the heat exchanger unit (6.7 ).
  • a heat exchanger 6.7
  • a pump 6.9
  • an integrated block reactor (5.3.1) released reaction heat optimally by the shortest route control, which can avoid temperature peaks that adversely affect a targeted reaction.
  • the integrated block reactor (5.3.1) and the associated temperature control unit (6.5, 6.6) such that a temperature control plane is arranged between two reactor element planes, which guides the temperature control medium even more directionally between the areas (6.1, 6.5) and (6.6, 6.2).
  • a multielement reactor (5) comprising at least one pre-reactor (5.1) and at least one further reactor unit (5.3), for example a stainless steel capillary, or at least one pre-reactor (5.1) and at least one integrated block reactor (5.3.1) or includes at least one pre-reactor (5.1) and at least one micro tube bundle heat exchanger reactor (5.9), cf. FIG. 4.
  • the pre-reactor (5.1) is suitably tempered, that is H. cooled and / or heated, off (D, 6.3, 6.4).
  • a prereactor (5.1) in the context of the multi-element reactor (5) in particular for the implementation of silanes, is that in addition to carrying out the continuous reaction by a targeted separation and discharge of hydrolyzates or particles unplanned Stillg , Can advantageously minimize downtime.
  • the pre-reactors (5.1) equipped according to the invention can additionally be preceded and / or followed by filters for particle separation.
  • a plant according to the invention for the continuous industrial implementation of reactions based on a Eduktzusammen entry (3) for the components A and B, at least one said multi-element reactor (5) and on a product work-up (8), cf. Figures 1, 2 and 3, wherein the multi-element reactor (5) at least two reactor units in the form of replaceable pre-reactors (5.1), which are preferably equipped with packing, and at least one further, the pre-reactor downstream reactor unit (5.3).
  • the educt components A and B can each be combined in a targeted manner from a storage unit by means of pumps and optionally by means of differential weighing system in the area (3).
  • components A and B are metered at ambient temperature, preferably at 10 to 40 ° C., and mixed in region (3). But you can also preheat at least one of the components, both components or feedstocks or the corresponding mixture.
  • the said storage unit can be conditioned and the storage containers can be designed to be temperature-controlled.
  • the multielement reactor (5) is preferably brought to or maintained at the desired operating temperature by means of a temperature control medium D (6.1, 6.2) so that undesirable temperature peaks and temperature fluctuations known from batch systems are advantageously avoided or adequately achieved in the present system according to the invention can become low.
  • the product or crude product stream (7) is continuously the product work-up (8), for example, a rectification, fed, for example, over head (10) a low-boiling product F, for example, used in excess and optimally recyclable silane, and on the Swamp (9) a heavy boiling product E can continuously decrease. It is also possible to remove side streams as a product from the unit (8).
  • the maximum particle diameter of the suspension catalyst should advantageously be less than 1/3 of the extent of the smallest free cross-sectional area of a reactor unit of the multi-element reactor (5).
  • FIG. 2 reveals that it is advantageous to meter in a said catalyst C to component B before it is combined with component A in region (3).
  • the educt components A and B can also be further, predominantly liquid auxiliaries, for example-but not exclusively-activators, initiators, stabilizers, inhibitors, solvents or diluents, etc.
  • the catalyst C can be present, for example-but not exclusively-on the surface of the reaction space of the respective reactor elements.
  • a plant according to the invention for the continuous industrial implementation of the reaction of said compound A with a compound B is optionally based in the presence of a catalyst and further auxiliaries on at least one Eduktzusammen entry (3), at least one multi-element reactor (5), which in turn includes at least two reactor units according to the invention . and on a product work-up (8).
  • the reactants or feedstocks are provided in a storage unit for carrying out the reaction and fed or metered as required.
  • a system according to the invention is equipped with the measuring, metering, shut-off, transport, conveying, monitoring, control units and exhaust gas and waste disposal devices which are conventional in the art.
  • system according to the invention can be advantageously accommodated in a portable and stackable container and handled flexibly. So you can bring a system according to the invention quickly and flexibly, for example, to the respective educt or energy sources. With a system according to the invention, but also with all the advantages, it is possible to continuously provide product at the point at which the product is further processed or used further, for example directly at the customer's.
  • Another particularly noteworthy advantage of a plant according to the invention for continuous industrial implementation of a reaction of ⁇ , ß-unsaturated compounds A with a HSi compound B is that it now has a possibility, even small specialty products with sales volumes between 5 kg and 100,000 t p. a., Preferably 10 kg to 10 000 t p. a., In a simple and economical way to produce continuously and flexibly. In this case, unnecessary downtime, the yield, the selectivity influencing temperature peaks and fluctuations and too long residence times and thus unwanted side reactions can be advantageously avoided. In particular, such an installation can also be used optimally for the production of existing silanes from an economical, ecological and customer-friendly point of view.
  • a further subject matter of the present invention is a process for the continuous industrial preparation of a polyetheralkylalkoxysilane of the general formula (I) Y-Si (R ') m (OR) 3 -m (I),
  • reaction of the starting material components A and B is carried out in the presence of a catalyst C and optionally further components in a multi-element reactor (5), which in turn on at least two reactor units in the form of at least one interchangeable prereactor (5.1) and at least one further, the pre-reactor downstream reactor unit (5.3).
  • the reaction is preferably carried out in at least one multielement reactor (5) whose reactor units consist of stainless steel or quartz glass or whose reaction spaces are delimited by stainless steel or quartz glass, wherein the surfaces of the reactor units can be coated or occupied, for example with Teflon.
  • reactor units whose respective cross-section is semicircular, semi-oval, round, oval, triangular, square, rectangular or trapezoidal.
  • reactor units are used whose respective cross-sectional area is 75 ⁇ m 2 to 75 cm 2 .
  • reactor units which have a structure length of 5 cm to 200 m, particularly preferably 10 cm to 120 m, very particularly preferably 15 cm to 80 m, in particular 18 cm to 30 m, including all possible Numerical values included from the aforementioned ranges.
  • reactor units are suitably used whose respective reaction volume is 0.01 ml to 100 l including all numerically intermediate numerical values, preferably 0.1 ml to 50 l, particularly preferably 1 ml to 20 l, very particularly preferably 2 ml to 10 1, in particular 5 ml to 5 1.
  • the said reaction can also advantageously be carried out in a plant with a multielement reactor (5) which (i) has at least two parallel-connected pre-reactors (5.1) and at least one stainless steel capillary downstream of the pre-reactors, or (ii) at least two shunts Prereactors (5.1) and at least one downstream of the pre-reactors quartz glass capillaries or (iii) on at least two parallel connected pre-reactors (5.1) and at least one integrated block reactor (5.3.1) or (iv) on at least two parallel connected pre-reactors (5.1) and at least one Shell-and-tube heat exchanger reactor (5.9) based.
  • a multielement reactor (5) which (i) has at least two parallel-connected pre-reactors (5.1) and at least one stainless steel capillary downstream of the pre-reactors, or (ii) at least two shunts Prereactors (5.1) and at least one downstream of the pre-reactors quartz glass capillaries or (iii)
  • a multielement reactor (5) which contains at least two interchangeable pre-reactors (5.1) according to the invention, these being equipped with fillers, as listed in particular above, for the separation of hydrolysis products of hydrolyzable silanes.
  • the process according to the invention is particularly preferably carried out in reactor units made of stainless steel.
  • the surface of the reactor units of the multielement reactor which is in contact with the starting material / product mixture is coated with a catalyst. If, in the context of the process according to the invention, the reaction of components A and B is carried out in the presence of a homogeneous catalyst C, it has surprisingly been found that it is particularly advantageous to pass the multielement reactor through one or more rinses with a mixture of homogeneous catalyst C and component B or Homogeneous catalyst C and components A and B or a short-term operation of the plant, for example, for 10 to 120 minutes and optionally with a higher catalyst concentration, precondition.
  • the substances used for the preconditioning of the multielement reactor can be collected and later at least partially re-metered into the educt stream or fed directly to the product work-up and worked up.
  • reaction or product mixture can be present in one, two or three phases.
  • reaction is preferably carried out in a single-phase, in particular in the liquid phase.
  • the process of the invention is advantageously carried out using a multielement reactor at a temperature of 10 to 250 0 C at a pressure of 0.1 to 500 bar abs.
  • a multielement reactor at a temperature of 10 to 250 0 C at a pressure of 0.1 to 500 bar abs.
  • reaction of components A and B in particular a hydrosilylation
  • in the multi-element reactor at a temperature of 50 to 200 0 C, preferably at 60 to 180 0 C, and at a pressure of 0.5 to 300 bar abs., Preferably at 1 to 200 bar abs., Particularly preferably at 2 to 50 bar abs., By.
  • differential pressure in a system according to the invention d. H. between Eduktzusammen Replacement (3) and product work-up (8), 1 to 10 bar abs.
  • a pressure-holding valve in particular when using trimethoxysilane (TMOS).
  • TMOS trimethoxysilane
  • the reaction can according to the invention at a linear velocity. (LV) of 1 to 1 ⁇ 10 4 h "1 i N. perform one.
  • the flow velocity of the material stream is situated in the reactor units preferably in the range of 0.0001 to 1 m / s i.
  • the ratio of reactor surface prevailing in accordance with the invention (A ) to the reactor volume (V) is preferable to have an AV ratio of 20 to 5,000 m 2 / m 3 - including all numerically possible individual values which are within the stated range - for advantageously carrying out the method according to the invention is a measure of the heat transfer and possible heterogeneous (wall) influences.
  • reaction in the process according to the invention is advantageously carried out at a mean residence time (- &) of 10 seconds to 60 minutes, preferably 1 to 30 minutes, more preferably 2 to 20 minutes, in particular 3 to 10 minutes.
  • a mean residence time (- &) of 10 seconds to 60 minutes, preferably 1 to 30 minutes, more preferably 2 to 20 minutes, in particular 3 to 10 minutes.
  • all possible numerical values disclosed by the named area are referred to separately.
  • component A in the process according to the invention, for example-but not exclusively-the following ⁇ , ⁇ -unsaturated polyether compounds or corresponding mixtures thereof can be used:
  • Suitable components B in the process according to the invention are silanes of the general formula (II)
  • R 'and R are independently a d- to C 4 -alkyl group and m is 0 or 1, preferably R' is methyl and as group R is preferably methyl or ethyl.
  • trimethoxysilane TMOS
  • triethoxysilane TEOS
  • methyldimethoxysilane methyldiethoxysilane
  • the components A and B are preferably employed in the process according to the invention in a molar ratio A to B of 1: 5 to 100: 1, more preferably 1: 4 to 5: 1, very particularly preferably 1: 2 to 2: 1, for example but not exclusively - 1: 0.7 to 0.9, especially from 1, 0: 1, 5 to 1, 5: 1, 0, inclusive of all possible numbers within the previously mentioned areas.
  • the process according to the invention is preferably carried out in the presence of a homogeneous catalyst C.
  • a homogeneous catalyst C it is also possible to operate the process according to the invention without the addition of a catalyst, in which case a clear decrease in the yield is generally to be expected.
  • the process according to the invention is used for carrying out a hydrosilylation reaction for the preparation of organosilanes according to formula (I), in particular homogeneous catalysts from the series Pt complex catalyst, for example those of the Karstedt type, such as Pt (0) -divinyltetramethyldisiloxane in xylene, PtCl 4, H 2 [PtCl 6] and H 2 [PtCl 6] ⁇ 6H 2 O, preferably a "Speyer catalyst", cis- (Ph 3 P) 2 PtCl 2 complex catalysts of Pd, Rh, Ru, Cu, Ag, Au, Ir or those of other transitional or noble metals, which may be the per se known complex catalysts in an organic, preferably polar solvent for example but not exclusively ethers, such as THF, ketones, such as acetone, alcohols, such as Isopropanol, aliphatic or aromatic hydrocarbons, such as toluene, xylene
  • an activator for example in the form of an organic or inorganic acid such as HCl, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , mono- or dicarboxylic acids, HCOOH, H 3 C-COOH , Propionic Acid, Oxalic Acid, Succinic Acid, Citric Acid, Benzoic Acid, Phthalic Acid - just to name a few.
  • an organic or inorganic acid such as HCl, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , mono- or dicarboxylic acids, HCOOH, H 3 C-COOH , Propionic Acid, Oxalic Acid, Succinic Acid, Citric Acid, Benzoic Acid, Phthalic Acid - just to name a few.
  • an organic or inorganic acid to the reaction mixture can take on another advantageous function, for example as a stabilizer or inhibitor of impurities in the trace range.
  • the olefin component A is added to the catalyst, based on the metal, preferably in a molar ratio of 2,000,000: 1 to 1,000: 1, more preferably 1,000,000: 1 up to 4 000: 1, in particular from 500 000: 1 to 10 000: 1, and all possible numerical values within the abovementioned ranges.
  • an immobilized catalyst or heterogeneous catalyst from the series of transition metals or noble metals or a corresponding multielement catalyst for carrying out the hydrosilylation reaction. So you can, for example - but not exclusively - use precious metal sludge or precious metal on activated carbon. But you can also provide a fixed bed for receiving a heterogeneous catalyst in the field of multi-element reactor. So you can, for example - but not exclusively - also heterogeneous catalysts that bring on a carrier such as beads, strands, pellets, cylinders, stirrers, etc., inter alia SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2, in the reaction zone of the reactor units.
  • solvents or diluents such as alcohols, aliphatic and aromatic hydrocarbons, ethers, esters, ketones, CHCs, CFCs - to name but a few - can be used as auxiliaries.
  • Such adjuvants can be removed from the product, for example, in the product work-up.
  • inhibitors for example polymerization inhibitors or corresponding mixtures, can be used as additional auxiliaries deploy.
  • the reactant components A, B and, if appropriate, C are metered in, and optionally further auxiliaries, and the mixture is mixed. It is endeavored to meter a homogeneous catalyst with an accuracy of ⁇ 20%, preferably ⁇ 10%. In special cases, it is also possible to meter the homogeneous catalyst and optionally further auxiliaries into the mixture of components A and B only shortly before entry into the multielement reactor. Subsequently, it is possible to feed the starting material mixture to the multielement reactor and to react the components under temperature control. However, it is also possible first to rinse or precondition the multielement reactor with a catalyst-containing educt or reactant mixture before the temperature is advanced to carry out the reaction.
  • the product streams (crude product) combined or obtained in the multielement reactor can subsequently be worked up in a suitable manner in a product work-up of the plant according to the invention, for example-but not exclusively-by vacuum distillation, it also being possible to use stripping agents.
  • the process is preferably operated continuously.
  • the for the continuous preparation of 3- (methyl polyethylene glycol) propyltrimethoxy- silane (Dynasylan ® 4140) used system consisted essentially of the reactant reservoir vessels, HPLC pumps, regulating, measuring and dosing units, a T mixer, four parallel, exchangeable and pre-reactors made of stainless steel (each with a diameter of 10 mm, length 50 mm, stainless steel beads with an average diameter of 1.5 mm in the form of packing), an integrated block reactor made of stainless steel, cf. also FIG. 5, temperature control, a pressure-maintaining valve, a stripping column operated with N 2 and connecting lines in the system for reactant feed, between the abovementioned plant sections and product, recycling and waste gas removal. Furthermore, a temperature control over a heating and cooling system was provided for the pre-reactors and the block reactor.
  • the pressure was 25 ⁇ 10 bar.
  • the system should be kept as free of H 2 O as possible.
  • the system was rinsed for 2 hours prior to raising the temperature in the reactor with educt mixture.
  • the temperature was advanced in the reactors, adjusted to 110 0 C and operated continuously for 27 days.
  • After reactor samples were taken at intervals for GC-WLD measurements.
  • the overhead product was condensed and consisted of about 4% by weight of acetone, 5% by weight of acetic acid, 78% by weight of TMOS, 11% by weight of tetramethoxysilane and 2% by weight of methanol. Approximately 9.8 kg / h were continuously hydrosilylation product from the sump (Dynasylan ® 4140) were removed.
  • the pressure was 25 ⁇ 10 bar.
  • the system should be kept as free of H 2 O as possible.
  • the system was rinsed for 2 hours prior to raising the temperature in the reactor with educt mixture.
  • the temperature was advanced in the reactors, adjusted to 130 0 C and operated continuously for 10 days.
  • After reactor samples were taken at intervals for GC-WLD measurements.
  • the conversion based on the olefin was 97% on average and the selectivity based on the target product was 80%.
  • the overhead product was condensed and consisted of 9% by weight of propionic acid, 80% by weight of TMOS, 10% by weight of tetramethoxysilane and 1% by weight of xylene. Approximately 9.8 kg / h were continuously hydrosilylation product from the sump (Dynasylan ® 4140) were removed.

Abstract

The present invention relates to a system, a reactor and a process for the continuous industrial conduct of a reaction where a b-unsaturated aliphatic polyether compound A is reacted with an HSi compound B in the presence of a catalyst C and optionally of other auxiliaries, and the system is at least based on the system (3) for combining the starting materials for components A (1) and B (2), on at least one multielement reactor (5) which in turn comprises at least two reactor units in the form of exchangeable pre-reactors (5.1) and comprises at least one further reactor unit (5.3) downstream of the pre-reactors, and on a product-work-up system (8).

Description

Anlage, Reaktor und Verfahren zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von Polvetheralkylalkoxysilanen Plant, reactor and process for the continuous industrial production of Polvetheralkylalkoxysilanen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Reaktor und eine Anlage zur kontinuierlichen industriellen Herstellung von Polyetheralkylalkoxysilanen durch Umsetzung eines α,ß-ungesättigten aliphatischen Polyetherverbindung mit einer HSi- Verbindung sowie ein diesbezügliches Verfahren.The present invention relates to a novel reactor and a plant for the continuous industrial production of polyetheralkylalkoxysilanes by reacting an α, ß-unsaturated aliphatic polyether compound with a HSi compound and a related method.
Organosilane, wie Vinylchlor- bzw. Vinylalkoxysilane (EP 0 456 901 A1 , EP 0 806 427 A2), Chloralkylchlorsilane (DE-AS 28 15 316, EP 0 519 181 A1 , DE 195 34 853 A1 , EP O 823 434 A1 , EP 1 020 473 A2), Alkylalkoxysilane (EP 0 714 901 A1 , DE 101 52 284 A1 ), Fluoralkylalkoxysilane (EP 0 838 467 A1 , DE 103 01 997 A1 ), Aminoalkylalkoxysilane (DE-OS 27 53 124, EP 0 709 391 A2, EP 0 849 271 A2, EP 1 209 162 A2, EP 1 295 889 A2), Glycidyloxyalkylalkoxysilane (EP 1 070 721 A2, EP 0 934 947 A2), Methacryloxyalkylalkoxysilane (EP 0 707 009 A1 , EP 0 708 081 A2), Polyetheralkylalkoxysilane (EP 0 387 689 A2), u. v. m., sind von hohem technischen und industriellen Interesse. Verfahren und Anlagen zu ihrer Herstellung sind lange bekannt. Diese Produkte sind vergleichsweise kleintonnagige Produkte und werden überwiegend in Batchverfahren hergestellt. In der Regel verwendet man dazu vielfach verwendbare Anlagen, um eine möglichst hohe Auslastung der Batch-Anlagen zu erzielen. Jedoch sind bei Produktwechsel aufwendige Reinigungs- und Spülprozesse solcher Batch-Anlagen notwendig. Darüber hinaus sind häufig lange Verweilzeiten des Reaktionsgemischs in einer großvolumigen, teuren und personalintensiven Batch-Anlage erforderlich, um hinreichend Ausbeute zu erzielen. Ferner sind besagte Umsetzungen oft beträchtlich exotherm mit Reaktionswärmen im Bereich von 100 bis 180 kJ/mol. Daher können bei der Umsetzung auch unerwünschte Nebenreaktionen einen erheblichen Einfluss auf Selektivität und Ausbeute haben. Handelt es sich bei besagten Umsetzungen um Hydrosilylierungen, so stellt die mögliche Abspaltung von Wasserstoff beträchtliche Anforderungen an die Sicherheitstechnik. Ferner wird häufig in einer Semi-Batch-Fahrweise ein Edukt gemeinsam mit dem Katalysator vorgelegt und das andere Edukt zudosiert. Darüber hinaus können bereits kleine Schwankungen in der Prozessführung von Batch- bzw. Semi-Batch-Anlagen zu einer beträchtlichen Streuung der Ausbeuten und Produktqualitäten über verschiedene Ansätze führen. Will man Ergebnisse aus dem Labor-/Technikumsmaßstab in den Batch-Maßstab überführen (scale up), treten auch dabei nicht selten Schwierigkeiten auf.Organosilanes, such as vinylchloro or vinylalkoxysilanes (EP 0 456 901 A1, EP 0 806 427 A2), chloroalkylchlorosilanes (DE-AS 28 15 316, EP 0 519 181 A1, DE 195 34 853 A1, EP 0 823 434 A1, EP 1 020 473 A2), alkylalkoxysilanes (EP 0 714 901 A1, DE 101 52 284 A1), fluoroalkylalkoxysilanes (EP 0 838 467 A1, DE 103 01 997 A1), aminoalkylalkoxysilanes (DE-OS 27 53 124, EP 0 709 391 A2 , EP 0 849 271 A2, EP 1 209 162 A2, EP 1 295 889 A2), glycidyloxyalkylalkoxysilanes (EP 1 070 721 A2, EP 0 934 947 A2), methacryloxyalkylalkoxysilanes (EP 0 707 009 A1, EP 0 708 081 A2), Polyetheralkylalkoxysilanes (EP 0 387 689 A2), and many more, are of great industrial and industrial interest. Processes and plants for their production have long been known. These products are comparatively small tonnage products and are predominantly produced in batch processes. As a rule, multiple-use systems are used in order to achieve the highest possible utilization of the batch systems. However, when changing the product consuming cleaning and rinsing of such batch systems are necessary. In addition, long residence times of the reaction mixture in a large-volume, expensive and labor-intensive batch system are often required in order to achieve sufficient yield. Furthermore, said reactions are often considerably exothermic with heat of reaction in the range of 100 to 180 kJ / mol. Therefore, in the implementation of undesirable side reactions can have a significant impact on selectivity and yield. If these reactions are hydrosilylations, the possible elimination of hydrogen places considerable demands on the safety technology. Furthermore, a starting material is often used in a semi-batch mode submitted together with the catalyst and the other reactant added. In addition, even small variations in the process control of batch or semi-batch plants can lead to a considerable diversification of the yields and product qualities via different approaches. If you want to transfer results from the laboratory / pilot plant scale to the batch scale (scale up), you often experience difficulties.
Mikrostrukturierte Reaktoren als solche, beispielsweise für eine kontinuierliche Herstellung von Polyetheralkoholen (DE 10 2004 013 551 A1 ) oder der Synthese von u. a. Ammoniak, Methanol, MTBE (WO 03/078052), sind bekannt. Auch sind Mikroreaktoren für katalytische Umsetzungen bekannt (WO 01/54807). Jedoch hat man bisher die Mikroreaktortechnik für die industrielle Herstellung von Organosilanen ausgespart oder zumindest nicht realisiert. Dabei ist die Neigung von Alkoxy- und Chlorsilanen zur Hydrolyse - bereits bei kleinen Mengen an Feuchtigkeit - und entsprechender Anbackungen in einer Organosilanherstellungsanlage wohl als nachhaltiges Problem zu sehen.Microstructured reactors as such, for example for a continuous production of polyether alcohols (DE 10 2004 013 551 A1) or the synthesis of u. a. Ammonia, methanol, MTBE (WO 03/078052) are known. Also microreactors for catalytic reactions are known (WO 01/54807). However, so far the microreactor technology for the industrial production of organosilanes has been omitted or at least not realized. The tendency of alkoxy- and chlorosilanes to hydrolysis - even with small amounts of moisture - and corresponding caking in a Organosilanherstellungsanlage probably to be seen as a sustainable problem.
Daher bestand die Aufgabe, für die industrielle Herstellung von Polyetheralkylalkoxysilanen eine weitere Möglichkeit bereitzustellen. Insbesondere bestand das Anliegen, eine weitere Möglichkeit für die kontinuierliche Herstellung solcher Organosilane bereitzustellen, wobei man bestrebt war, oben genannte Nachteile zu minimieren.Therefore, the object was to provide a further possibility for the industrial production of polyetheralkylalkoxysilanes. In particular, there was a concern to provide a further possibility for the continuous production of such organosilanes, while endeavoring to minimize the disadvantages mentioned above.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Angaben in den Patentansprüchen gelöst.The stated object is achieved according to the information in the claims.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde in überraschender Weise gefunden, dass man die Hydrosilylierung einer HSi-enthaltenden Komponente B, insbesondere eines Hydrogenalkoxysilans, mit einer α,ß-ungesättigte aliphatische Polyetherverbindung (Komponente A) in Gegenwart eines Katalysators C in einfacher und wirtschaftlicher Weise in einem industriellen Maßstab und kontinuierlich in einer auf einem Multielementreaktor (5) basierenden Anlagen vorteilhaft durchführen kann, wobei insbesondere der Multielementreaktor (5) mindestens zwei Reaktoreinheiten in Form von auswechselbaren Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens eine weitere den Vorreaktoren nachgeschaltete Reaktoreinheit (5.3) beinhaltet.In the present invention, it has surprisingly been found that the hydrosilylation of an HSi-containing component B, in particular a hydrogenalkoxysilane, with an α, ß-unsaturated aliphatic polyether compound (Component A) in the presence of a catalyst C in a simple and economical manner on an industrial scale and continuously in a multi-element reactor (5) based systems can perform advantageous, in particular the multi-element reactor (5) at least two reactor units in the form of interchangeable pre-reactors ( 5.1) and at least one further pre-reactor downstream reactor unit (5.3) includes.
So kann vorteilhaft durch den Einsatz eines Multielementreaktors (5) in der vorliegenden Ausführungsform zum kontinuierlichen Betreiben des erfindungsgemäßen Prozesses beitragen werden, da der vorliegende Multielementreaktor (5) den gezielten, turnusmäßigen Austausch von Vorreaktoren, in denen sich nach einer Betriebszeit deutliche Mengen an Hydrolysat abscheidet, gegen frische Vorreaktoren auch unter Betriebsbedingungen ermöglicht.Thus, advantageously by the use of a multi-element reactor (5) in the present embodiment, the continuous operation of the process according to the invention contribute, since the present multielement reactor (5) the targeted, regular exchange of pre-reactors, in which deposits significant amounts of hydrolyzate after an operating time , allows against fresh pre-reactors even under operating conditions.
Dabei können in besonders vorteilhafter Weise Vorreaktoren eingesetzt werden, die mit Füllkörpern ausgestattet sind, wodurch noch gezielter und effektiver eine Abscheidung von Hydrolysat bzw. -partikel und damit eine Verringerung der Verstopfungsneigung und Stillstandzeiten der Anlage durch Ablagerungen und Anbackungen im Reaktor erzielt werden kann.In this case, pre-reactors can be used in a particularly advantageous manner, which are equipped with packing, which even more targeted and effective separation of hydrolyzate or particles and thus a reduction in constipation tendency and downtime of the system can be achieved by deposits and caking in the reactor.
Anders als bei einem Batch-Ansatz ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, die Edukte unmittelbar vor dem Multielementreaktor kontinuierlich vorzumischen, dabei kann das Vormischen auch kalt erfolgen, anschließend im Multielementreaktor zu erwärmen und dort zielgerichtet und kontinuierlich umzusetzen. Auch kann dem Eduktgemisch ein Katalysator zugesetzt werden. Anschließend kann das Produkt kontinuierlich aufgearbeitet werden, z. B. in einer Eindampfung, Rektifikation und/oder in einem Kurzweg- bzw. Dünnschichtverdampfer - um nur einige Möglichkeiten zu nennen. Die bei der Umsetzung frei werdende Reaktionswärme kann im Multielementreaktor vorteilhaft über die im Verhältnis zum Reaktorvolumen große Oberfläche der Reaktorinnenwände und - sofern vorgesehen - an ein Wärmeträgermedium abgeführt werden. Ferner ist bei der vorliegenden Anwendung von Multielementreaktoren eine deutliche Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeute von schnellen, wärmetönenden Umsetzungen möglich. Ermöglicht wird dies durch eine schnellere Vermischung der Edukte, ein höheres mittleres Konzentrationsniveau der Edukte als beim Batchverfahren, d. h. keine Limitierung durch Eduktverarmung, und/oder eine Anhebung der Temperatur, die in der Regel eine zusätzliche Beschleunigung der Reaktion bewirken kann. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung in vergleichsweise einfacher und wirtschaftlicher Weise die Wahrung der Prozesssicherheit. So konnte bei vorliegender Erfindung eine drastische Prozessintensivierung, insbesondere Verkürzung der Prozesszeit unter Reaktionsbedingungen um mehr als 99 %, bezogen auf die Raum-Zeit-Ausbeute, gegenüber dem Standard-Batchverfahren, erzielt werden. Es wurden gleichzeitig auch erhöhte Ausbeuten von bis zu 20 % durch höhere Umsätze und Selektivitäten erzielt. Bevorzugt wurden die vorliegenden Umsetzungen in einem Edelstahlmultielementreaktor durchgeführt. Somit kann für die Durchführung besagter Umsetzungen auf den Einsatz von Sonderwerkstoffen in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Darüber hinaus kann durch die kontinuierliche Fahrweise bei unter Druck durchzuführenden Umsetzungen eine längere Standzeit der Reaktoren aus Metall festgestellt werden, da das Material gegenüber einer Batchfahrweise deutlich langsamer ermüdet. Zudem konnte die Reproduzierbarkeit gegenüber vergleichbaren Untersuchungen bei Batchverfahren deutlich verbessert werden. Zusätzlich besteht beim vorliegenden Verfahren ein deutlich verringertes Scale-Up-Risiko bei der Übertragung der Ergebnisse aus dem Labor- bzw. Technikumsmaßstab. Insbesondere kann beim vorliegenden kontinuierlichen Verfahren unter Nutzung einer erfindungsgemäßen Anlage, wobei ein Multielementreaktor vorteilhaft mindestens einen auswechselbaren, vorzugsweise mit Füllkörpern gefüllten Vorreaktor beinhaltet, eine überraschend lange Anlagenlaufzeit auch ohne Stillstände, die durch Anbackungen bzw. Ablagerungen bedingt sind, ermöglicht werden. Darüber hinaus wurde in überraschender Weise gefunden, dass es beim vorliegenden Verfahren besonders vorteilhaft ist, den Multielementreaktor vor dem Start der eigentlichen Umsetzung mit dem Reaktionsgemisch, insbesondere wenn dieses einen Homogenkatalysator enthält, zu spülen, d. h. vorzukonditionieren. Durch diese Maßnahme kann eine unerwartet rasche Einstellung konstanter Prozessbedingungen auf hohem Niveau bewirkt werden.Unlike a batch approach, it is possible in the present invention, the educts vorzumischen immediately before the multi-element reactor continuously, while the pre-mixing can also be done cold, then heat in the multi-element reactor and there targeted and continuously implement. It is also possible to add a catalyst to the educt mixture. Subsequently, the product can be worked up continuously, z. As in a evaporation, rectification and / or in a Kurzweg- or thin-film evaporator - to name just a few options. The heat of reaction liberated in the reaction can be advantageous in the multi-element reactor over the large in relation to the reactor volume Surface of the reactor inner walls and - if provided - are discharged to a heat transfer medium. Furthermore, in the present application of multielement reactors, a significant increase in the space-time yield of fast, heat-dissipating reactions is possible. This is made possible by a faster mixing of the educts, a higher average concentration level of the starting materials than in the batch process, ie no limitation by educt depletion, and / or an increase in temperature, which can usually cause an additional acceleration of the reaction. In addition, the present invention enables the preservation of process reliability in a comparatively simple and economical manner. Thus, in the present invention, a drastic process intensification, in particular shortening of the process time under reaction conditions by more than 99%, based on the space-time yield, compared to the standard batch process can be achieved. At the same time, increased yields of up to 20% were achieved through higher conversions and selectivities. Preferably, the present reactions were carried out in a stainless steel multi-element reactor. Thus, for the implementation of said implementations can be dispensed with the use of special materials in an advantageous manner. In addition, can be determined by the continuous procedure in reactions to be carried out under pressure a longer service life of the metal reactors, since the material fatigue compared to a batch mode significantly slower. In addition, the reproducibility compared to comparable studies in batch processes could be significantly improved. In addition, there is a significantly reduced scale-up risk in the transfer of the results from the laboratory or pilot plant scale in the present method. In particular, in the present continuous process using a system according to the invention, wherein a multi-element reactor advantageously contains at least one interchangeable, preferably filled with preforms pre-reactor, a surprisingly long system life even without stoppages, which are caused by caking or deposits are made possible. In addition, it was in a surprising way found that it is particularly advantageous in the present process, prior to the start of the actual reaction with the reaction mixture, especially if this contains a homogeneous catalyst to rinse the multielement reactor, ie preconditioned. By this measure, an unexpectedly rapid adjustment of constant process conditions can be effected at a high level.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Anlage zur kontinuierlichen industriellen Durchführung einer Umsetzung, wobei man eine α,ß-ungesättigte aliphatische Polyetherverbindung A mit einer HSi-Verbindung B in Gegenwart eines Katalysators C und optional weiterer Hilfsstoffe umsetzt und die Anlage mindestens auf der Eduktzusammenführung (3) für die Komponenten A (1) und B (2), mindestens einem Multielementreaktor (5), der seinerseits mindestens zwei Reaktoreinheiten in Form mindestens eines auswechselbaren Vorreaktors (5.1 ) und mindestens eine weitere, dem Vorreaktorsystem nachgeschaltete Reaktoreinheit (5.3) beinhaltet, und auf einer Produktaufarbeitung (8) basiert.The present invention thus relates to a plant for the continuous industrial implementation of a reaction in which an α, β-unsaturated aliphatic polyether compound A is reacted with an HSi compound B in the presence of a catalyst C and optionally further auxiliaries and the plant is at least mixed on the starting material ( 3) for the components A (1) and B (2), at least one multi-element reactor (5) which in turn contains at least two reactor units in the form of at least one replaceable prereactor (5.1) and at least one further reactor unit (5.3) connected downstream of the prereactor system, and based on a product work-up (8).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Multielementreaktor (5) zur Umsetzung hydrolysierbarer Silane, insbesondere solcher, die H-Si-Einheiten enthalten, der seinerseits mindestens zwei Reaktoreinheiten in Form mindestens eines auswechselbaren Vorreaktors (5.1) und mindestens eine weitere, dem Vorreaktorsystem nachgeschaltete Reaktionseinheit (5.3) beinhaltet.The present invention furthermore relates to a multielement reactor (5) for reacting hydrolyzable silanes, in particular those containing H-Si units, which in turn has at least two reactor units in the form of at least one replaceable prereactor (5.1) and at least one further reaction unit connected downstream of the prereactor system (5.3).
Bevorzugt sind dabei Vorreaktoren (5.1 ), die mit Füllkörpern bestückt sind. Als Füllkörper eignen sich dazu beispielsweise - aber nicht ausschließlich - strukturierte Füllkörper, d. h. regelmäßige oder unregelmäßige Partikel mit gleicher oder unterschiedlicher Größe, vorzugsweise mit einer durchschnittlichen Partikelgröße, wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Querschnittsfläche < 1/3, besonders bevorzugt 1/10 bis 1/100, des freien Querschnitts der jeweiligen Reaktoreinheit (5.1 ) sowie die durchschnittliche Partikelquerschnittsfläche bevorzugt 100 bis 10~6 mm2 entspricht, wie Späne, Fasern/Wolle, Kugeln, Splitter, Stränge mit rundem bzw. annähernd rundem oder eckigem Querschnitt, Spiralen, Zylinder, Röhren, Becher, Sättel, Wabenkörper, Platten, Gitter, Gewebe, offenporige Schwämme, unregelmäßige Form- bzw. Hohlkörper, (Struktur-)Packungen oder Gebinde aus zuvor genannten Strukturkörpern, usw.) sphärische Körper aus Metall, Metalloxid, Keramik, Glas oder Kunststoff (wie Stahl, Edelstahl, Titan, Kupfer, Aluminium, Titanoxide, Aluminiumoxide, Korund, Siliciumoxide, Quarz, Silikaten, Tone, Zeolithe, Alkaliglas, Borglas, Quarzglas, poröse Keramik, glasierte Keramik, Sonderkeramik, SiC, Si3N4, BN, SiBNC, ... u. v. m.Prereactors (5.1) are preferred, which are equipped with packing. Suitable fillers are, for example-but not exclusively-structured fillers, ie regular or irregular particles of the same or different size, preferably having an average particle size, the average particle diameter of the cross-sectional area <1/3, particularly preferably 1/10 to 1 / 100, the free cross section of the respective reactor unit (5.1) and the average particle cross-sectional area is preferred 100 to 10 ~ 6 mm 2 , such as chips, fibers / wool, spheres, splinters, strands with round or approximately circular or angular cross-section, spirals, cylinders, tubes, beakers, saddles, honeycomb bodies, plates, mesh, fabric, open-pore Sponges, irregular shaped or hollow bodies, (structural) packings or containers of the aforementioned structural bodies, etc.) spherical bodies of metal, metal oxide, ceramic, glass or plastic (such as steel, stainless steel, titanium, copper, aluminum, titanium oxides, Aluminum oxides, corundum, silicon oxides, quartz, silicates, clays, zeolites, alkali glass, boron glass, quartz glass, porous ceramics, glazed ceramics, special ceramics, SiC, Si 3 N 4 , BN, SiBNC, ... and much more
Den Figuren 1 bis 6 sind Fließschemen von Anlagen bzw. Anlagenteilen als bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu entnehmen.FIGS. 1 to 6 show flow diagrams of plants or plant parts as preferred embodiments of the present invention.
So ist Figur 1 eine bevorzugte kontinuierliche Anlage zu entnehmen, bei der die Eduktkomponenten A und B in der Einheit (3) zusammengeführt, der Einheit (5), wobei diese einen immobilisierten Katalysator enthalten kann, zugeführt, dort umgesetzt und das Reaktionsprodukt in der Einheit (8) aufgearbeitet wird.Thus, FIG. 1 shows a preferred continuous system in which the reactant components A and B are combined in unit (3), fed to unit (5), which may contain an immobilized catalyst, reacted therein and the reaction product in the unit (8) is worked up.
Figur 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer vorliegenden kontinuierlichen Anlage, wobei ein Katalysator C der Komponente B zugeführt wird.FIG. 2 shows a further preferred embodiment of a continuous plant according to the invention, in which a catalyst C is fed to component B.
Man kann den Katalysator, insbesondere einen Homogenkatalysator, aber auch derIt is possible to use the catalyst, in particular a homogeneous catalyst, but also the
Einheit (3) zuführen oder - wie Figur 3 zu entnehmen ist - den Katalysator C einemFeed unit (3) or - as can be seen in FIG. 3 - the catalyst C a
Gemisch der Komponenten A und B kurz vor Eintritt in die Multielemtreaktoreinheit (5) zudosieren.Add mixture of components A and B shortly before entering the multi-element reactor unit (5).
Ferner kann man den jeweiligen zuvor genannten Stoffströmen optional weitereFurthermore, one can optionally further the respective streams mentioned above
Hilfsstoffe zusetzen.Add adjuvants.
Dabei versteht man unter einer Reaktoreinheit ein Element des Multielementreaktors (5), wobei jedes Element einen Bereich bzw. Reaktionsraum für die besagte Umsetzung darstellt, vgl. beispielsweise (5.1 ) (Reaktoreinheit in Form eines Vorreaktors) in Figur 4 sowie (5.5) [Reaktoreinheit eines integrierten Blockreaktors (5.3.1 )] in Figur 5 sowie (5.10) [Reaktoreinheit eines Mikrorohrbündelwärmetauscherreaktors (5.9)]. D. h. Reaktoreinheiten eines Multielementreaktors (5) im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Edelstahl- oder Quarzglaskapillaren, Edelstahlrohre bzw. wohl dimensionierte Edelstahlreaktoren, beispielsweise Vorreaktoren (5.1 ), Rohre (5.10) in Mikrorohrbündelwärmetauscherreaktoren [z. B. (5.9)] sowie umwandete Bereiche (5.5) in Form integrierter Blockreaktoren [z. B. (5.3.1 )]. Dabei können die Innenwände der Reaktorelemente beschichtet sein, beispielsweise mit einer keramischen Schicht, einer Schicht aus Metalloxiden, wie AI2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, Zeolithe, Silikate, um nur einige zu nennen, aber auch organische Polymere, insbesondere Fluorpolymere, wie Teflon, sind möglich.In this case, a unit of a reactor is understood as meaning an element of the multielement reactor (5), each element representing a region or reaction space for the said reaction, cf. for example, (5.1) (reactor unit in the form of a pre-reactor) in Figure 4 and (5.5) [reactor unit of an integrated block reactor (5.3.1)] in Figure 5 and (5.10) [reactor unit of a Mikrorohrbündelwärmetauscherreaktors (5.9)]. Ie. Reactor units of a multielement reactor (5) in the context of the present invention are in particular stainless steel or quartz glass capillaries, stainless steel tubes or well-dimensioned stainless steel reactors, for example pre-reactors (5.1), tubes (5.10) in microtube bundle heat exchanger reactors [e.g. B. (5.9)] and converted areas (5.5) in the form of integrated block reactors [z. Eg (5.3.1)]. In this case, the inner walls of the reactor elements may be coated, for example with a ceramic layer, a layer of metal oxides, such as Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , zeolites, silicates, to name only a few, but also organic polymers, in particular fluoropolymers, such as Teflon, are possible.
So beinhaltet eine erfindungsgemäße Anlage einen oder mehrere Multielementreaktoren (5), die ihrerseits auf mindestens 2 bis 1 000 000 Reaktoreinheiten, einschließlich aller dazwischen liegenden natürlichen Zahlen, vorzugsweise von 3 bis 10 000, insbesondere von 4 bis 1 000 Reaktoreinheiten, basieren.Thus, a plant according to the invention comprises one or more multi-element reactors (5), which in turn are based on at least 2 to 1,000,000 reactor units, including all natural numbers in between, preferably from 3 to 10,000, in particular from 4 to 1,000 reactor units.
Dabei weist der Reaktor- bzw. Reaktionsraum mindestens einer Reaktoreinheit bevorzugt einen halbkreisförmigen, halbovalförmigen, runden, ovalen, dreieckigen, quadratischen, rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung auf. Bevorzugt besitzt ein solcher Querschnitt eine Querschnittsfläche von 75 μm2 bis 75 cm2. Besonders bevorzugt sind Querschnittsflächen mit 0,7 bis 120 mm2 und alle numerisch dazwischen liegenden Zahlenwerte. Bei runden Querschnittsflächen ist ein Durchmesser von > 30 μm bis < 15 mm, insbesondere 150 μm bis 10 mm, bevorzugt. Eckige Querschnittsflächen weisen vorzugsweise Kantenlängen von > 30 μm bis < 15 mm, vorzugsweise 0,1 bis 12 mm, auf. Dabei können in einem Multielementreaktor (5) einer erfindungsgemäßen Anlage Reaktoreinheiten mit unterschiedlich geformten Querschnittsflächen vorliegen.In this case, the reactor or reaction space of at least one reactor unit preferably has a semicircular, semi-oval, round, oval, triangular, square, rectangular or trapezoidal cross-section perpendicular to the flow direction. Such a cross section preferably has a cross-sectional area of 75 μm 2 to 75 cm 2 . Particularly preferred are cross-sectional areas of 0.7 to 120 mm 2 and all numerically intervening numerical values. For round cross-sectional areas, a diameter of> 30 μm to <15 mm, in particular 150 μm to 10 mm, is preferred. Square cross-sectional areas preferably have edge lengths of> 30 μm to <15 mm, preferably 0.1 to 12 mm, on. In this case, reactor units with differently shaped cross-sectional areas can be present in a multielement reactor (5) of a system according to the invention.
Ferner beträgt die Strukturlänge in einer Reaktoreinheit, d. h. von Eintritt des Reaktions- bzw. Produktstroms in die Reaktoreinheit, vgl. z. B. (5.1 und 5.1.1 ) oder (5.5 und 5.5.1 ), bis zum Austritt, vgl. (5.1.2) bzw. (5.5.2), vorzugsweise 5 cm bis 500 m, einschließlich aller numerisch dazwischen liegenden Zahlenwerte, besonders bevorzugt > 15 cm bis 100 m, ganz besonders bevorzugt 20 cm bis 50 m, insbesondere 25 cm bis 30 m. In einer erfindungsgemäßen Anlage bevorzugt man Reaktoreinheiten, deren jeweiliges Reaktionsvolumen (auch als Reaktorvolumen bezeichnet, d. h. das Produkt aus Querschnittsfläche und Strukturlänge) 0,01 ml bis 100 I, einschließlich aller numerisch dazwischen liegenden Zahlenwerte, beträgt. Besonders bevorzugt beträgt das Reaktorvolumen einer Reaktoreinheit einer erfindungsgemäßen Anlage 0,05 ml bis 10 1, ganz besonders bevorzugt 1 ml bis 5 1, ganz besonders bevorzugt 3 ml bis 2 I, insbesondere 5 ml bis 500 ml.Further, the structure length in a reactor unit, i. H. from entry of the reaction or product stream into the reactor unit, cf. z. B. (5.1 and 5.1.1) or (5.5 and 5.5.1), until the exit, cf. (5.1.2) or (5.5.2), preferably 5 cm to 500 m, including all numerically intervening numerical values, particularly preferably> 15 cm to 100 m, very particularly preferably 20 cm to 50 m, in particular 25 cm to 30 m. In a plant according to the invention, preference is given to reactor units whose respective reaction volume (also referred to as reactor volume, that is to say the product of cross-sectional area and structure length) is 0.01 ml to 100 l, including all numerically intervening numerical values. The reactor volume of a reactor unit of a system according to the invention is particularly preferably 0.05 ml to 10 l, very particularly preferably 1 ml to 5 l, very particularly preferably 3 ml to 2 l, in particular 5 ml to 500 ml.
Weiter können erfindungsgemäße Anlagen auf einem oder mehreren Multielementreaktoren (5), die vorzugsweise parallel geschaltet sind, basieren. Man kann besagte Multielementreaktoren (5) aber auch hintereinander schalten, so dass das Produkt, das aus dem vorangehenden Multielementreaktor stammt, dem Einlass des nachfolgenden Multielementreaktors zugeführt werden kann.Furthermore, systems according to the invention can be based on one or more multi-element reactors (5), which are preferably connected in parallel. However, said multi-element reactors (5) can also be switched one behind the other so that the product which originates from the preceding multi-element reactor can be fed to the inlet of the subsequent multi-element reactor.
Vorliegende Multielementreaktoren (5) können vorteilhaft mit einem Eduktkomponentenstrom (4) bzw. (5.2), der geeigneterweise in die jeweiligen Teilströme aufgeteilt wird, vgl. z. B. (5.4) in Figur 5 sowie (5.11 ) in Figur 6, gespeist werden. Nach der Umsetzung kann man die Produktströme zusammenführen, vgl. z. B. (5.7) in Figur 5, (5.12) in Figur 6 sowie (7), und anschließend vorteilhaft in einer Aufarbeitungseinheit (8) aufarbeiten. Dabei kann eine solche Aufarbeitungseinheit (8) zunächst über eine Kondensationsstufe oder Eindampfungsstufe verfügen, der eine oder mehrere Destillationsstufen folgen.Present multielement reactors (5) can advantageously be combined with a reactant component stream (4) or (5.2), which is suitably divided into the respective sub-streams, cf. z. B. (5.4) in Figure 5 and (5.11) in Figure 6, are fed. After the reaction, the product streams can be combined, cf. z. B. (5.7) in Figure 5, (5.12) in Figure 6 and (7), and then work up advantageously in a workup unit (8). In this case, such a processing unit (8) initially have a condensation or evaporation stage, followed by one or more distillation stages.
Ferner kann ein Multielementreaktor (5) einer erfindungsgemäßen Anlage auf mindestens einer, vorzugsweise mindestens zwei parallel geschalteten Edelstahlkapillaren oder auf mindestens zwei parallel geschalteten Quarzglaskapillaren oder mindestens einem Rohrbündelwärmetauscherreaktor (5.9) oder mindestens einem integrierten Blockreaktor (5.3.1 ) basieren.Furthermore, a multielement reactor (5) of a plant according to the invention can be based on at least two stainless steel capillaries connected in parallel or on at least two quartz glass capillaries connected in parallel or at least one shell and tube heat exchanger reactor (5.9) or at least one integrated block reactor (5.3.1).
Dabei kann man insbesondere Edelstahlkapillaren, Reaktoren bzw. Vorreaktoren, die vorteilhaft aus einem hochfesten, hochtemperaturbeständigen sowie nicht rostenden Edelstahl bestehen, verwenden; beispielsweise aber nicht ausschließlich bestehen Vorreaktoren, Kapillaren, Blockreaktoren, Rohrbündelwärmetauscherreaktoren usw. aus Stahl des Typs 1.4571 oder 1.4462, vgl. insbesondere auch Stahl gemäß DIN 17007. Darüber hinaus kann die dem Reaktionsraum zugewandte Oberfläche einer Edelstahlkapillare bzw. eines Multielementreaktors mit einer Polymerschicht, beispielsweise einer fluorhaltigen Schicht, u. a. Teflon, oder einer keramischen Schicht, vorzugsweise einer gegebenenfalls porösen SiO2-, TiO2- oder AI2O3-Schicht, insbesondere zur Aufnahme eines Katalysators, ausgestattet sein.In particular, it is possible to use stainless steel capillaries, reactors or pre-reactors which advantageously consist of a high-strength, high-temperature-resistant and stainless steel; for example, but not exclusively, pre-reactors, capillaries, block reactors, shell-and-tube heat exchanger reactors, etc., are made of steel of the type 1.4571 or 1.4462, cf. In particular, the steel facing the reaction chamber surface of a stainless steel capillary or a multi-element reactor with a polymer layer, for example a fluorine-containing layer, including Teflon, or a ceramic layer, preferably an optionally porous SiO 2 -, TiO 2 - or AI 2 O 3 layer, in particular for receiving a catalyst, be equipped.
Insbesondere kann man vorteilhaft einen integrierten Blockreaktor einsetzen, wie er beispielsweise als temperierbarer Blockreaktor, aufgebaut aus definiert strukturierten Metallplatten (nachfolgend auch Ebene genannt), aus http://www.heatric.com/pche- construction.html zu entnehmen ist, hervorgeht.In particular, it is advantageously possible to use an integrated block reactor, as can be seen, for example, as a temperature-controllable block reactor constructed from defined-structured metal plates (also referred to below as a plane) from http://www.heatric.com/phe-construction.html.
Die Herstellung besagter strukturierter Metallplatten bzw. Ebenen, aus denen dann ein Blockreaktor erstellt werden kann, kann beispielsweise durch Ätzen, Drehen, Schneiden, Fräsen, Prägen, Walzen, Funkenerodieren, Laserbearbeitung, Plasmatechnik oder einer anderen Technik der an sich bekannten Bearbeitungsmethoden erfolgen. So werden mit äußerster Präzision wohl definierte und gezielt angeordnete Strukturen, beispielsweise Rillen oder Fugen, auf einer Seite einer Metallplatte, insbesondere einer Metallplatte aus Edelstahl, eingearbeitet. Dabei finden die jeweiligen Rillen bzw. Fugen ihren Anfang auf einer Stirnseite der Metallplatte, sind durchgängig und enden in der Regel auf der gegenüber liegenden Stirnseite der Metallplatte.The production of said structured metal plates or planes from which a block reactor can then be produced can be, for example, by etching, turning, cutting, milling, embossing, rolling, spark erosion, laser processing, plasma technology or another technique known per se Machining methods take place. Thus, with the utmost precision well-defined and selectively arranged structures, such as grooves or joints, on one side of a metal plate, in particular a metal plate made of stainless steel, incorporated. In this case, the respective grooves or joints start on a front side of the metal plate, are continuous and usually end on the opposite end face of the metal plate.
So zeigt Figur 5 eine Ebene eines integrierten Blockreaktors (5.3.1 ) mit mehreren Reaktoreinheiten bzw. Elementen (5.5). Dabei besteht eine solche Ebene in der Regel aus einer Grundplatte aus Metall mit darauf befindlichen Metallwänden (5.6), die die Reaktionsräume (5.5) gemeinsam mit einer Deckplatte aus Metall sowie einer Einheit zur Temperierung (6.5, 6.6), vorzugsweise einer weiteren Ebene bzw. strukturierten Metallplatte, begrenzen. Ferner beinhaltet die Einheit (5.3.1 ) einen Bereich (5.4) zur Aufgabe und Verteilung des Eduktgemischs (5.2) in die Reaktorelemente (5.5) und einen Bereich (5.7) zur Zusammenführung der Produktströme aus den Reaktionsbereichen (5.5) und Abführung des Produktstroms (7). Darüber hinaus können im Rahmen eines integrierten Blockreaktors (5.3.1 ) auch mehrere solcher zuvor beschriebenen Ebenen übereinander verbunden sein. Das Verbinden kann beispielsweise durch (Diffusions-)Schweißen oder Löten erfolgen; zu solchen und anderen hier anwendbaren Arbeitstechniken vgl. auch www.imm- mainz.de/seiten/de/u_050527115034_2679.php?PHPSESSID=75a6285eb0433122b9c ecaca3092dadb. Ferner sind solche integrierten Blockreaktoren (5.3.1 ) vorteilhaft von einer Temperiereinheit (6.5, 6.6) umgeben, die das Aufheizen oder Kühlen des Blockreaktors (5.3.1 ), d. h. eine gezielte Temperaturführung, ermöglicht. Dazu kann ein Medium (D), z. B. Marlotherm oder Mediatherm, mittels eines Wärmetauschers (6.7) temperiert und über Leitung (6.8) einer Pumpe (6.9) und Leitung (6.1 ) der Temperiereinheit (6.5) zugeführt und über (6.6) und (6.2) abgeführt und der Wärmetauschereinheit (6.7) zugeführt werden. Dabei kann man in einem integrierten Blockreaktor (5.3.1 ) freigesetzte Reaktionswärme optimal auf kürzestem Wege kontrollieren, wodurch man Temperaturspitzen, die eine gezielte Reaktionsführung nachteilig beeinflussen, vermeiden kann. Man kann den integrierten Blockreaktor (5.3.1 ) und die diesbezügliche Temperiereinheit (6.5, 6.6) aber auch so ausgestalten, dass zwischen zwei Reaktorelementebenen jeweils eine Temperierebene angeordnet ist, die eine noch gerichtetere Führung des Temperiermediums zwischen den Bereichen (6.1 , 6.5) und (6.6, 6.2) ermöglicht.Thus, FIG. 5 shows a plane of an integrated block reactor (5.3.1) with a plurality of reactor units or elements (5.5). In this case, such a level usually consists of a base plate made of metal with metal walls thereon (5.6), the reaction chambers (5.5) together with a cover plate made of metal and a unit for temperature control (6.5, 6.6), preferably a further level or textured metal plate, limit. Furthermore, the unit (5.3.1) contains an area (5.4) for feeding and distributing the educt mixture (5.2) into the reactor elements (5.5) and a region (5.7) for combining the product streams from the reaction areas (5.5) and discharging the product stream ( 7). In addition, as part of an integrated block reactor (5.3.1), several such previously described levels may be connected one above the other. The bonding can be done for example by (diffusion) welding or soldering; for such and other working techniques applicable here cf. also www.imm-neurz.de/seiten/de/u_050527115034_2679.php?PHPSESSID=75a6285eb0433122b9c ecaca3092dadb. Furthermore, such integrated block reactors (5.3.1) are advantageously surrounded by a temperature control unit (6.5, 6.6), which enables the heating or cooling of the block reactor (5.3.1), ie a targeted temperature control. For this purpose, a medium (D), z. B. Marlotherm or Mediatherm, by means of a heat exchanger (6.7) tempered and fed via line (6.8) a pump (6.9) and line (6.1) of the temperature control unit (6.5) and via (6.6) and (6.2) removed and the heat exchanger unit (6.7 ). In this case, in an integrated block reactor (5.3.1) released reaction heat optimally by the shortest route control, which can avoid temperature peaks that adversely affect a targeted reaction. It is also possible to design the integrated block reactor (5.3.1) and the associated temperature control unit (6.5, 6.6) such that a temperature control plane is arranged between two reactor element planes, which guides the temperature control medium even more directionally between the areas (6.1, 6.5) and (6.6, 6.2).
In erfindungsgemäßen Anlagen bevorzugt man insbesondere einen Multielementreaktor (5), der mindestens einen Vorreaktor (5.1 ) und mindestens eine weitere Reaktoreinheit (5.3), beispielsweise eine Edelstahlkapillare, oder mindestens einen Vorreaktor (5.1 ) und mindestens einen integrierten Blockreaktor (5.3.1 ) oder mindestens einen Vorreaktor (5.1 ) und mindestens einen Mikrorohrbündelwärmerauscherreaktor (5.9) beinhaltet, vgl. Figur 4. Ferner führt man den Vorreaktor (5.1 ) geeigneterweise temperierbar, d. h. kühlbar und/oder beheizbar, aus (D, 6.3, 6.4).In plants according to the invention, preference is given in particular to a multielement reactor (5) comprising at least one pre-reactor (5.1) and at least one further reactor unit (5.3), for example a stainless steel capillary, or at least one pre-reactor (5.1) and at least one integrated block reactor (5.3.1) or includes at least one pre-reactor (5.1) and at least one micro tube bundle heat exchanger reactor (5.9), cf. FIG. 4. Furthermore, the pre-reactor (5.1) is suitably tempered, that is H. cooled and / or heated, off (D, 6.3, 6.4).
In der Regel führen bereits Spuren von Wasser zur Hydrolyse der Alkoxy- bzw. Chlorsilanedukte und so zu Ablagerungen bzw. Anbackungen. Der besondere Vorteil einer solchen Ausführungsform eines Vorreaktors (5.1 ) im Rahmen des Multielementreaktors (5), insbesondere für die Umsetzung von Silanen, besteht darin, dass man neben der Durchführung der kontinuierlichen Umsetzung durch eine gezielte Abscheidung und Ausschleusung von Hydrolysaten bzw. Partikeln unplanmäßige Stillbzw. Ausfallzeiten vorteilhaft minimieren kann. So kann man den erfindungsgemäß ausgestatteten Vorreaktoren (5.1 ) zusätzlich Filter zur Partikelabscheidung vor- und/oder nachschalten.As a rule, traces of water already lead to the hydrolysis of the alkoxy or chlorosilane educts and thus to deposits or caking. The particular advantage of such an embodiment of a prereactor (5.1) in the context of the multi-element reactor (5), in particular for the implementation of silanes, is that in addition to carrying out the continuous reaction by a targeted separation and discharge of hydrolyzates or particles unplanned Stillbzw , Can advantageously minimize downtime. Thus, the pre-reactors (5.1) equipped according to the invention can additionally be preceded and / or followed by filters for particle separation.
Im Allgemeinen beruht eine erfindungsgemäße Anlage für die kontinuierliche industrielle Durchführung von Umsetzungen auf einer Eduktzusammenführung (3) für die Komponenten A und B, mindestens einem besagten Multielementreaktor (5) und auf einer Produktaufarbeitung (8), vgl. Figuren 1 , 2 und 3, wobei der Multielementreaktor (5) mindestens zwei Reaktoreinheiten in Form von auswechselbaren Vorreaktoren (5.1 ), die bevorzugt mit Füllkörpern bestückt sind, und mindestens eine weitere, dem Vorreaktorsystem nachgeschaltete Reaktoreinheit (5.3) beinhaltet.In general, a plant according to the invention for the continuous industrial implementation of reactions based on a Eduktzusammenführung (3) for the components A and B, at least one said multi-element reactor (5) and on a product work-up (8), cf. Figures 1, 2 and 3, wherein the multi-element reactor (5) at least two reactor units in the form of replaceable pre-reactors (5.1), which are preferably equipped with packing, and at least one further, the pre-reactor downstream reactor unit (5.3).
Dabei können die Eduktkomponenten A und B jeweils aus einer Bevorratungseinheit mittels Pumpen und optional mittels Differenzwägesystem kontinuierlich im Bereich (3) gezielt zusammengeführt werden. In der Regel werden die Komponenten A und B bei Umgebungstemperatur, vorzugsweise bei 10 bis 40 0C dosiert und im Bereich (3) gemischt. Man kann aber auch zumindest eine der Komponenten, beide Komponenten bzw. Einsatzstoffe oder das entsprechende Gemisch vorwärmen. So können die besagte Bevorratungseinheit klimatisiert sowie die Bevorratungsbehälter temperierbar ausgeführt sein. Ferner kann man die Eduktkomponenten unter Druck zusammenführen. Über Leitung (4) kann man das Eduktgemisch dem Multielementreaktor (5) kontinuierlich zuführen.In this case, the educt components A and B can each be combined in a targeted manner from a storage unit by means of pumps and optionally by means of differential weighing system in the area (3). As a rule, components A and B are metered at ambient temperature, preferably at 10 to 40 ° C., and mixed in region (3). But you can also preheat at least one of the components, both components or feedstocks or the corresponding mixture. Thus, the said storage unit can be conditioned and the storage containers can be designed to be temperature-controlled. Furthermore, it is possible to combine the educt components under pressure. Via line (4), it is possible to continuously feed the educt mixture to the multielement reactor (5).
Dabei wird der Multielementreaktor (5) bevorzugt mittels eines Temperiermediums D (6.1 , 6.2) auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht bzw. gehalten, so dass unerwünschte Temperaturspitzen und Temperaturschwankungen, die man aus Batch- Anlagen kennt, bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Anlage vorteilhaft vermieden oder hinreichend gering werden können.In this case, the multielement reactor (5) is preferably brought to or maintained at the desired operating temperature by means of a temperature control medium D (6.1, 6.2) so that undesirable temperature peaks and temperature fluctuations known from batch systems are advantageously avoided or adequately achieved in the present system according to the invention can become low.
Der Produkt- bzw. Rohproduktstrom (7) wird kontinuierlich der Produktaufarbeitung (8), beispielsweise einer Rektifikationseinheit, zugeführt, wobei man beispielsweise über Kopf (10) ein leicht siedendes Produkt F, beispielsweise ein im Überschuss eingesetztes und optimal recyclierbares Silan, und über den Sumpf (9) ein schwerer siedendes Produkt E kontinuierlich abnehmen kann. Man kann aus der Einheit (8) aber auch Seitenströme als Produkt abnehmen.The product or crude product stream (7) is continuously the product work-up (8), for example, a rectification, fed, for example, over head (10) a low-boiling product F, for example, used in excess and optimally recyclable silane, and on the Swamp (9) a heavy boiling product E can continuously decrease. It is also possible to remove side streams as a product from the unit (8).
Ist es erforderlich, die Umsetzung der Komponenten A und B in Gegenwart eines Katalysators C durchführen zu müssen, so kann man in vorteilhafter Weise einen homogenen Katalysator durch Zudosieren in den Eduktstrom einsetzen. Man kann aber auch einen Suspensionskatalysator verwenden, den man ebenfalls dem Eduktstrom zudosieren kann. Dabei sollte der maximale Partikeldurchmesser des Suspensionskatalysators vorteilhaft weniger als 1/3 der Ausdehnung der kleinsten freien Querschnittsfläche einer Reaktoreinheit des Multielementreaktors (5) betragen.Is it necessary to react the components A and B in the presence of a Having to perform catalyst C, so you can use a homogeneous catalyst by metering into the educt stream in an advantageous manner. But you can also use a suspension catalyst, which can also be added to the reactant stream. The maximum particle diameter of the suspension catalyst should advantageously be less than 1/3 of the extent of the smallest free cross-sectional area of a reactor unit of the multi-element reactor (5).
So ist Figur 2 zu entnehmen, dass man einen besagten Katalysator C vorteilhaft der Komponente B zudosiert, bevor diese mit Komponente A im Bereich (3) zusammengeführt wird.Thus, FIG. 2 reveals that it is advantageous to meter in a said catalyst C to component B before it is combined with component A in region (3).
Man kann einen homogenen Katalysator C oder einen Suspensionskatalysator C aber auch einem Gemisch aus A und B, das in Leitung (4) geführt wird, vorzugsweise kurz vor Eintritt in den Multielementreaktor, über eine Leitung (2.2) zudosieren, vgl. Figur 3. In gleicher Weise wie bei einem Homogenkatalysator kann man den Eduktkomponenten A und B auch weitere, vorwiegend flüssige Hilfsstoffe, beispielsweise - aber nicht ausschließlich - Aktivatoren, Initiatoren, Stabilisatoren, Inhibitoren, Löse- bzw. Verdünnungsmittel usw., zusetzen.It is possible to meter in a homogeneous catalyst C or a suspension catalyst C but also a mixture of A and B which is conducted in line (4), preferably just before entry into the multielement reactor via a line (2.2), cf. FIG. 3. In the same way as in the case of a homogeneous catalyst, the educt components A and B can also be further, predominantly liquid auxiliaries, for example-but not exclusively-activators, initiators, stabilizers, inhibitors, solvents or diluents, etc.
Man kann aber auch einen Multielementreaktor (5) wählen, der mit einem immobilisierten Katalysator C ausgestattet ist, vgl. Figur 1. Dabei kann der Katalysator C beispielsweise - aber nicht ausschließlich - an der Oberfläche des Reaktionsraums der jeweiligen Reaktorelemente vorliegen.But you can also choose a multi-element reactor (5), which is equipped with an immobilized catalyst C, see. FIG. 1. In this case, the catalyst C can be present, for example-but not exclusively-on the surface of the reaction space of the respective reactor elements.
Im Allgemeinen basiert eine erfindungsgemäße Anlage zur kontinuierlichen industriellen Durchführung der Umsetzung einer besagten Verbindung A mit einer Verbindung B optional in Gegenwart eines Katalysators sowie weiterer Hilfsstoffe auf mindestens einer Eduktzusammenführung (3), mindestens einem Multielementreaktor (5), der seinerseits mindestens zwei erfindungsgemäße Reaktoreinheiten beinhaltet, und auf einer Produktaufarbeitung (8). Geeigneterweise werden die Edukte bzw. Einsatzstoffe in einer Bevorratungseinheit für die Durchführung der Umsetzung bereitgestellt und je nach Bedarf zugeführt bzw. dosiert. Darüber hinaus ist eine erfindungsgemäße Anlage mit den in der Technik an sich üblichen Mess-, Dosier-, Absperr-, Transport-, Förder-, Überwachungs-, Steuereinheiten sowie Abgas- und Abfallentsorgungsvorrichtungen ausgestattet. Darüber hinaus kann eine solche erfindungsgemäße Anlage vorteilhaft in einem transportablen sowie stapelbaren Container untergebracht und flexibel gehandhabt werden. So kann man eine erfindungsgemäße Anlage rasch und flexibel beispielsweise zu den jeweils benötigten Edukt- oder Energiequellen bringen. Man kann mit einer erfindungsgemäßen Anlage aber auch mit all den Vorteilen kontinuierlich Produkt bereitstellen, und zwar an der Stelle, an der das Produkt weiter verarbeitet bzw. weiter eingesetzt wird, beispielsweise direkt bei Kunden.In general, a plant according to the invention for the continuous industrial implementation of the reaction of said compound A with a compound B is optionally based in the presence of a catalyst and further auxiliaries on at least one Eduktzusammenführung (3), at least one multi-element reactor (5), which in turn includes at least two reactor units according to the invention . and on a product work-up (8). Suitably, the reactants or feedstocks are provided in a storage unit for carrying out the reaction and fed or metered as required. In addition, a system according to the invention is equipped with the measuring, metering, shut-off, transport, conveying, monitoring, control units and exhaust gas and waste disposal devices which are conventional in the art. In addition, such a system according to the invention can be advantageously accommodated in a portable and stackable container and handled flexibly. So you can bring a system according to the invention quickly and flexibly, for example, to the respective educt or energy sources. With a system according to the invention, but also with all the advantages, it is possible to continuously provide product at the point at which the product is further processed or used further, for example directly at the customer's.
Ein weiterer, besonders hervorzuhebender Vorteil einer erfindungsgemäßen Anlage zur kontinuierlichen industriellen Durchführung einer Umsetzung α,ß-ungesättigter Verbindungen A mit einer HSi-Verbindung B besteht darin, dass man nun über eine Möglichkeit verfügt, auch kleine Spezialprodukte mit Absatzmengen zwischen 5 kg und 100 000 t p. a., vorzugsweise 10 kg bis 10 000 t p. a., in einfacher und wirtschaftlicher Weise kontinuierlich und flexibel herzustellen. Dabei können unnötige Stillstandzeiten, die Ausbeute, die Selektivität beeinflussende Temperaturspitzen und -Schwankungen sowie zu lange Verweilzeiten und damit unerwünschte Nebenreaktionen vorteilhaft vermieden werden. Insbesondere kann man eine solche Anlage auch unter ökonomischen, ökologischen und kundenfreundlichen Gesichtspunkten optimal zur Herstellung vorliegender Silane nutzen.Another particularly noteworthy advantage of a plant according to the invention for continuous industrial implementation of a reaction of α, ß-unsaturated compounds A with a HSi compound B is that it now has a possibility, even small specialty products with sales volumes between 5 kg and 100,000 t p. a., Preferably 10 kg to 10 000 t p. a., In a simple and economical way to produce continuously and flexibly. In this case, unnecessary downtime, the yield, the selectivity influencing temperature peaks and fluctuations and too long residence times and thus unwanted side reactions can be advantageously avoided. In particular, such an installation can also be used optimally for the production of existing silanes from an economical, ecological and customer-friendly point of view.
Somit ist weiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen industriellen Herstellung eines Polyetheralkylalkoxysilans der allgemeinen Formel (I) Y-Si(R')m(OR)3-m (I),Thus, a further subject matter of the present invention is a process for the continuous industrial preparation of a polyetheralkylalkoxysilane of the general formula (I) Y-Si (R ') m (OR) 3 -m (I),
worin Y für eine Polyetheralkylgruppe der Form H3C[O-(CH2)2]nO-(CH2)3- mit n = 1 bis 20 oder H[O-(CH2)2]nO-(CH2)3- mit n = 1 bis 20, steht, R' und R unabhängig eine d- bis C4-Alkylgruppe, bevorzugt Methyl, Ethyl, n-Propyl, darstellen und m gleich 0 oder 1 ist,where Y is a polyetheralkyl group of the form H 3 C [O- (CH 2 ) 2] nO- (CH 2 ) 3 with n = 1 to 20 or H [O- (CH 2 ) 2] nO- (CH 2 ) 3- with n = 1 to 20, R 'and R independently represent a C 1 to C 4 alkyl group, preferably methyl, ethyl, n-propyl, and m is 0 or 1,
wobei man die Umsetzung der Eduktkomponenten A und B in Gegenwart eines Katalysators C sowie optional weiterer Komponenten in einem Multielementreaktor (5) durchführt, der seinerseits auf mindestens zwei Reaktoreinheiten in Form mindestens eines auswechselbaren Vorreaktors (5.1) und mindestens einer weiteren, dem Vorreaktorsystem nachgeschalteten Reaktoreinheit (5.3) basiert.wherein the reaction of the starting material components A and B is carried out in the presence of a catalyst C and optionally further components in a multi-element reactor (5), which in turn on at least two reactor units in the form of at least one interchangeable prereactor (5.1) and at least one further, the pre-reactor downstream reactor unit (5.3).
Bevorzugt führt man dabei die Umsetzung in mindestens einem Multielementreaktor (5) durch, dessen Reaktoreinheiten aus Edelstahl oder Quarzglas bestehen bzw. dessen Reaktionsräume durch Edelstahl oder Quarzglas begrenzt sind, wobei die Oberflächen der Reaktoreinheiten beschichtet bzw. belegt sein können, beispielsweise mit Teflon.The reaction is preferably carried out in at least one multielement reactor (5) whose reactor units consist of stainless steel or quartz glass or whose reaction spaces are delimited by stainless steel or quartz glass, wherein the surfaces of the reactor units can be coated or occupied, for example with Teflon.
Ferner wird bei erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass man Reaktoreinheiten einsetzt, deren jeweiliger Querschnitt halbkreisförmig, halbovalförmig, rund, oval, dreieckig, quadratisch, rechteckig oder trapezförmig ausgeführt ist.Furthermore, in the case of processes according to the invention, preference is given to using reactor units whose respective cross-section is semicircular, semi-oval, round, oval, triangular, square, rectangular or trapezoidal.
Dabei setzt man vorteilhaft Reaktoreinheiten ein, deren jeweilige Querschnittsfläche 75 μm2 bis 75 cm2 beträgt.Advantageously, reactor units are used whose respective cross-sectional area is 75 μm 2 to 75 cm 2 .
Weiter setzt man vorzugsweise solche Reaktoreinheiten ein, die eine Strukturlänge von 5 cm bis 200 m, besonders bevorzugt 10 cm bis 120 m, ganz besonders bevorzugt 15 cm bis 80 m, insbesondere 18 cm bis 30 m, einschließlich aller möglichen Zahlenwerte, die von den zuvor genannten Bereichen eingeschlossen werden, aufweisen.Furthermore, preference is given to using those reactor units which have a structure length of 5 cm to 200 m, particularly preferably 10 cm to 120 m, very particularly preferably 15 cm to 80 m, in particular 18 cm to 30 m, including all possible Numerical values included from the aforementioned ranges.
So setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren geeigneterweise Reaktoreinheiten ein, deren jeweiliges Reaktionsvolumen 0,01 ml bis 100 I einschließlich aller numerisch dazwischen liegenden Zahlenwerte beträgt, vorzugsweise 0,1 ml bis 50 I, besonders bevorzugt 1 ml bis 20 I, ganz besonders bevorzugt 2 ml bis 10 1, insbesondere 5 ml bis 5 1.Thus, in the process according to the invention, reactor units are suitably used whose respective reaction volume is 0.01 ml to 100 l including all numerically intermediate numerical values, preferably 0.1 ml to 50 l, particularly preferably 1 ml to 20 l, very particularly preferably 2 ml to 10 1, in particular 5 ml to 5 1.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann man die besagte Umsetzung ebenfalls vorteilhaft in einer Anlage mit einem Multielementreaktor (5) durchführen, der (i) auf mindestens zwei parallel geschalteten Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens einer den Vorreaktoren nachgeschalteten Edelstahlkapillaren oder (ii) auf mindestens zwei parallel geschalteten Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens einer den Vorreaktoren nachgeschalteten Quarzglaskapillaren oder (iii) auf mindestens zwei parallel geschalteten Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens einem integrierten Blockreaktor (5.3.1 ) oder (iv) auf mindestens zwei parallel geschalteten Vorreaktoren (5.1) und mindestens einem Rohrbündelwärmetauscherreaktor (5.9) basiert. Insbesondere bevorzugt man dabei einen Multielementreaktor (5), der mindestens zwei erfindungsgemäße auswechselbare Vorreaktoren (5.1 ) beinhaltet, wobei diese mit Füllkörpern, wie sie insbesondere oben aufgeführt sind, zur Abscheidung von Hydrolyseprodukten eingesetzter, hydrolysierbarer Silane ausgestattet sind. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in Reaktoreinheiten aus Edelstahl durchgeführt.In the process according to the invention, the said reaction can also advantageously be carried out in a plant with a multielement reactor (5) which (i) has at least two parallel-connected pre-reactors (5.1) and at least one stainless steel capillary downstream of the pre-reactors, or (ii) at least two shunts Prereactors (5.1) and at least one downstream of the pre-reactors quartz glass capillaries or (iii) on at least two parallel connected pre-reactors (5.1) and at least one integrated block reactor (5.3.1) or (iv) on at least two parallel connected pre-reactors (5.1) and at least one Shell-and-tube heat exchanger reactor (5.9) based. Particular preference is given to a multielement reactor (5) which contains at least two interchangeable pre-reactors (5.1) according to the invention, these being equipped with fillers, as listed in particular above, for the separation of hydrolysis products of hydrolyzable silanes. The process according to the invention is particularly preferably carried out in reactor units made of stainless steel.
Ferner bevorzugt man, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren die mit dem Edukt/Produktgemisch in Kontakt stehende Oberfläche der Reaktoreinheiten des Multielementreaktors mit einem Katalysator belegt ist. Sofern man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Umsetzung der Komponenten A und B in Gegenwart eines homogenen Katalysators C durchführt, wurde überraschenderweise gefunden, dass es besonders vorteilhaft ist, den Multielementreaktor durch einen oder mehrere Spülgänge mit einem Gemisch aus Homogenkatalysator C und Komponente B oder aus Homogenkatalysator C und den Komponenten A und B oder einem kurzzeitigen Betrieb der Anlage, beispielsweise für 10 bis 120 Minuten und optional mit einer höheren Katalysatorkonzentration, vorzukonditionieren.It is further preferred that in the process according to the invention the surface of the reactor units of the multielement reactor which is in contact with the starting material / product mixture is coated with a catalyst. If, in the context of the process according to the invention, the reaction of components A and B is carried out in the presence of a homogeneous catalyst C, it has surprisingly been found that it is particularly advantageous to pass the multielement reactor through one or more rinses with a mixture of homogeneous catalyst C and component B or Homogeneous catalyst C and components A and B or a short-term operation of the plant, for example, for 10 to 120 minutes and optionally with a higher catalyst concentration, precondition.
Die für die Vorkonditionierung des Multielementreaktors eingesetzten Stoffe können aufgefangen und später dem Eduktstrom zumindest anteilig wieder zudosiert werden oder direkt der Produktaufarbeitung zugeführt und aufgearbeitet werden.The substances used for the preconditioning of the multielement reactor can be collected and later at least partially re-metered into the educt stream or fed directly to the product work-up and worked up.
Durch die oben beschriebene Vorkonditionierung des Multielementreaktors, insbesondere wenn er aus Edelstahl besteht, kann man in überraschender und vorteilhafter Weise schneller einen konstanten Betriebszustand bei maximaler Ausbeute erzielen.By the above-described preconditioning of the multi-element reactor, especially if it consists of stainless steel, one can achieve a constant operating state with maximum yield in a surprising and advantageous manner more quickly.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann man die besagte Umsetzung in der Gas- und/oder Flüssigphase durchführen. Dabei kann das Reaktions- bzw. Produktgemisch ein-, zwei- oder dreiphasig vorliegen. Vorzugsweise führt man beim erfindungsgemäßen Verfahren die Umsetzung einphasig, insbesondere in der Flüssigphase, durch.In the process according to the invention, it is possible to carry out the said reaction in the gas and / or liquid phase. The reaction or product mixture can be present in one, two or three phases. In the process according to the invention, the reaction is preferably carried out in a single-phase, in particular in the liquid phase.
So betreibt man das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft unter Einsatz eines Multielementreaktors bei einer Temperatur von 10 bis 250 0C bei einem Druck von 0,1 bis 500 bar abs. Bevorzugt führt man dabei die Umsetzung der Komponenten A und B, insbesondere eine Hydrosilylierung, im Multielementreaktor bei einer Temperatur von 50 bis 200 0C, vorzugsweise bei 60 bis 180 0C, und bei einem Druck von 0,5 bis 300 bar abs., vorzugsweise bei 1 bis 200 bar abs., besonders bevorzugt bei 2 bis 50 bar abs., durch.Thus, the process of the invention is advantageously carried out using a multielement reactor at a temperature of 10 to 250 0 C at a pressure of 0.1 to 500 bar abs. Preference is given to the reaction of components A and B, in particular a hydrosilylation, in the multi-element reactor at a temperature of 50 to 200 0 C, preferably at 60 to 180 0 C, and at a pressure of 0.5 to 300 bar abs., Preferably at 1 to 200 bar abs., Particularly preferably at 2 to 50 bar abs., By.
In der Regel beträgt der Differenzdruck in einer erfindungsgemäßen Anlage, d. h. zwischen Eduktzusammenführung (3) und Produktaufarbeitung (8), 1 bis 10 bar abs.In general, the differential pressure in a system according to the invention, d. H. between Eduktzusammenführung (3) and product work-up (8), 1 to 10 bar abs.
Vorteilhaft kann man eine erfindungsgemäße Anlage mit einem Druckhalteventil ausrüsten, insbesondere bei Einsatz von Trimethoxysilan (TMOS). Bevorzugt stellt man das Druckhalteventil von 1 bis 100 bar abs., vorzugsweise bis 70 bar abs., besonders bevorzugt bis 40 bar abs., insbesondere auf einen Wert zwischen 10 bis 35 bar abs., ein.Advantageously, one can equip a system according to the invention with a pressure-holding valve, in particular when using trimethoxysilane (TMOS). Preference is given to the pressure-holding valve from 1 to 100 bar abs., Preferably to 70 bar abs., Particularly preferably to 40 bar abs., In particular to a value between 10 to 35 bar abs., A.
Die Umsetzung kann man erfindungsgemäß bei einer Lineargeschwindigkeit (LV) von 1 bis 1 104 h"1 i. N. durchführen. Dabei liegt die Strömungsgeschwindigkeit des Stoffstroms in den Reaktoreinheiten bevorzugt im Bereich von 0,0001 bis 1 m/s i. N., besonders bevorzugt 0,0005 bis 0,7 m/s, insbesondere 0,05 bis 0,3 m/s, und aller möglichen Zahlen innerhalb der zuvor genannten Bereiche. Bezieht man das bei erfindungsgemäßer Umsetzung vorherrschende Verhältnis von Reaktoroberfläche (A) auf das Reaktorvolumen (V), so bevorzugt man ein AV-Verhältnis von 20 bis 5 000 m2/m3 - einschließlich aller numerisch möglicher Einzelwerte, die in dem genannten Bereich liegen - zur vorteilhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das AV-Verhältnis ist dabei ein Maß für den Wärmeübergang sowie möglicher heterogener (Wand-)einflüsse.The reaction can according to the invention at a linear velocity. (LV) of 1 to 1 10 4 h "1 i N. perform one. In this case, the flow velocity of the material stream is situated in the reactor units preferably in the range of 0.0001 to 1 m / s i. N., particularly preferably 0.0005 to 0.7 m / s, in particular 0.05 to 0.3 m / s, and of all possible numbers within the abovementioned ranges If the ratio of reactor surface prevailing in accordance with the invention (A ) to the reactor volume (V), it is preferable to have an AV ratio of 20 to 5,000 m 2 / m 3 - including all numerically possible individual values which are within the stated range - for advantageously carrying out the method according to the invention is a measure of the heat transfer and possible heterogeneous (wall) influences.
So führt man die Umsetzung bei erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft bei einer mittleren Verweilzeit (-&) von 10 Sekunden bis 60 Minuten, vorzugsweise 1 bis 30 Minuten, besonders bevorzugt 2 bis 20 Minuten, insbesondere 3 bis 10 Minuten, durch. Auch hier wird wieder auf alle möglichen Zahlenwerte, die der genannte Bereich offenbart, gesondert hingewiesen. Als Komponente A kann man beim erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise - aber nicht ausschließlich - folgende α,ß-ungesättigten Polyetherverbindungen oder entsprechende Gemische daraus einsetzen:Thus, the reaction in the process according to the invention is advantageously carried out at a mean residence time (- &) of 10 seconds to 60 minutes, preferably 1 to 30 minutes, more preferably 2 to 20 minutes, in particular 3 to 10 minutes. Here again, all possible numerical values disclosed by the named area are referred to separately. As component A, in the process according to the invention, for example-but not exclusively-the following α, β-unsaturated polyether compounds or corresponding mixtures thereof can be used:
H3C[O-(CH2)2]nO-CH2CH=CH2 mit n = 1 bis 20, insbesondere die Zahlen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 und 19, H[O-(CH2)2]nO-CH2CH=CH2 mit n = 1 bis 20, insbesondere 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 und 19.H 3 C [O- (CH 2 ) 2] nO-CH 2 CH = CH 2 where n = 1 to 20, in particular the numbers 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 and 19, H [O- (CH 2 ) 2] nO-CH 2 CH = CH 2 where n = 1 to 20, especially 2, 3, 4, 5, 6, 7 , 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 and 19.
Bevorzugt stellt man beim erfindungsgemäßen Verfahren Dynasylan® 4140, 3- (Methylpolyethylenglykol)propyltrialkoxysilan, entsprechend der allgemeinen Formel (I) mit m = 0 und mit n = 2 bis 20, besonders bevorzugt 4 bis 18, ganz besonders bevorzugt 6 bis 16, insbesondere mit 8 bis 12, d. h. im Durchschnitt rd.10,her.Preferably, in the process of this invention Dynasylan ® 4140, 3- (methyl polyethylene glycol) propyltrialkoxysilane, corresponding to the general formula (I) with m = 0 and n = 2 to 20, particularly preferably 4 to 18, most preferably 6 to 16, in particular with 8 to 12, ie on average about 10.
Als Komponenten B eignen sich beim erfindungsgemäßen Verfahren Silane der allgemeinen Formel (II)Suitable components B in the process according to the invention are silanes of the general formula (II)
HSi(R')m(OR)3-m (II),HSi (R ') m (OR) 3 - m (II),
worin R' und R unabhängig für eine d- bis C4-Al kylgruppe stehen und m gleich 0 oder 1 ist, vorzugsweise ist R' Methyl und als Gruppe R bevorzugt man Methyl oder Ethyl.wherein R 'and R are independently a d- to C 4 -alkyl group and m is 0 or 1, preferably R' is methyl and as group R is preferably methyl or ethyl.
So setzt man erfindungsgemäß bevorzugt Trimethoxysilan (TMOS), Triethoxysilan (TEOS), Methyldimethoxysilan oder Methyldiethoxysilan ein.Thus, according to the invention, preference is given to using trimethoxysilane (TMOS), triethoxysilane (TEOS), methyldimethoxysilane or methyldiethoxysilane.
Die Komponenten A und B setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt in einem molaren Verhältnis A zu B von 1 : 5 bis 100 : 1 , besonders bevorzugt 1 : 4 bis 5 : 1 , ganz besonders bevorzugt 1 : 2 bis 2 : 1 , beispielsweise - aber nicht ausschließlich - 1 : 0,7 bis 0,9, insbesondere von 1 ,0 : 1 ,5 bis 1 ,5 : 1 ,0, einschließlich aller möglichen Zahlen innerhalb der zuvor genannten Bereiche, ein.The components A and B are preferably employed in the process according to the invention in a molar ratio A to B of 1: 5 to 100: 1, more preferably 1: 4 to 5: 1, very particularly preferably 1: 2 to 2: 1, for example but not exclusively - 1: 0.7 to 0.9, especially from 1, 0: 1, 5 to 1, 5: 1, 0, inclusive of all possible numbers within the previously mentioned areas.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt man bevorzugt in Gegenwart eines Homogenkatalysators C durch. Man kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch ohne den Zusatz eines Katalysators betreiben, wobei dann in der Regel mit einem deutlichen Rückgang der Ausbeute zu rechnen ist.The process according to the invention is preferably carried out in the presence of a homogeneous catalyst C. However, it is also possible to operate the process according to the invention without the addition of a catalyst, in which case a clear decrease in the yield is generally to be expected.
Insbesondere nutzt man das erfindungsgemäße Verfahren für die Durchführung einer Hydrosilylierungsreaktion zur Herstellung von Organosilanen gemäß Formel (I), wobei man insbesondere Homogenkatalysatoren aus der Reihe Pt-Komplexkatalysator, beispielsweise solche vom Karstedt-Typ, wie Pt(0)-Divinyltetramethyldisiloxan in Xylol, PtCI4, H2[PtCI6] bzw. H2[PtCI6] 6H2O, vorzugsweise einen „Speyer-Katalysator", cis- (Ph3P)2PtCI2, Komplexkatalysatoren von Pd, Rh, Ru, Cu, Ag, Au, Ir oder solche von anderen Übergangs- bzw. Edelmetallen. Dabei kann man die an sich bekannten Komplexkatalysatoren in einem organischen, vorzugsweise polaren Lösemittel zu beispielsweise - aber nicht ausschließlich - Ether, wie THF, Ketonen, wie Aceton, Alkoholen, wie Isopropanol, aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Toluol, Xylol, lösen.In particular, the process according to the invention is used for carrying out a hydrosilylation reaction for the preparation of organosilanes according to formula (I), in particular homogeneous catalysts from the series Pt complex catalyst, for example those of the Karstedt type, such as Pt (0) -divinyltetramethyldisiloxane in xylene, PtCl 4, H 2 [PtCl 6] and H 2 [PtCl 6] 6H 2 O, preferably a "Speyer catalyst", cis- (Ph 3 P) 2 PtCl 2 complex catalysts of Pd, Rh, Ru, Cu, Ag, Au, Ir or those of other transitional or noble metals, which may be the per se known complex catalysts in an organic, preferably polar solvent for example but not exclusively ethers, such as THF, ketones, such as acetone, alcohols, such as Isopropanol, aliphatic or aromatic hydrocarbons, such as toluene, xylene, solve.
Zusätzlich kann man dem Homogenkatalysator bzw. der Lösung des Homogenkatalyators einen Aktivator zusetzen, beispielsweise in Form einer organischen oder anorganischen Säure, wie HCl, H2SO4, H3PO4, Mono- bzw. Dicarbonsäuren, HCOOH, H3C-COOH, Propionsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Citronensäure, Benzoesäure, Phthalsäure - um nur einige zu nennen.In addition, one can add to the homogeneous catalyst or the solution of Homogenkatalyators an activator, for example in the form of an organic or inorganic acid such as HCl, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , mono- or dicarboxylic acids, HCOOH, H 3 C-COOH , Propionic Acid, Oxalic Acid, Succinic Acid, Citric Acid, Benzoic Acid, Phthalic Acid - just to name a few.
Darüber hinaus kann der Zusatz einer organischen oder anorganischen Säure zum Reaktionsgemisch eine andere vorteilhafte Funktion übernehmen, beispielsweise als Stabilisator bzw. Inhibitor für Verunreinigungen im Spurenbereich. Sofern man beim erfindungsgemäßen Verfahren einen Homogenkatalysator oder einen Suspensionskatalysator verwendet, setzt man die Olefinkomponente A zum Katalysator, bezogen auf das Metall, vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von 2 000 000 : 1 bis 1 000 : 1 , besonders bevorzugt von 1 000 000 : 1 bis 4 000 : 1 , insbesondere von 500 000 : 1 bis 10 000 : 1 , und aller möglichen Zahlenwerte innerhalb der zuvor genannten Bereiche, ein.In addition, the addition of an organic or inorganic acid to the reaction mixture can take on another advantageous function, for example as a stabilizer or inhibitor of impurities in the trace range. If a homogeneous catalyst or a suspension catalyst is used in the process according to the invention, the olefin component A is added to the catalyst, based on the metal, preferably in a molar ratio of 2,000,000: 1 to 1,000: 1, more preferably 1,000,000: 1 up to 4 000: 1, in particular from 500 000: 1 to 10 000: 1, and all possible numerical values within the abovementioned ranges.
Man kann aber auch einen immobilisierten Katalysator bzw. Heterogenkatalysator aus der Reihe der Übergangs- bzw. Edelmetalle bzw. einen entsprechenden Multielementkatalysator für die Durchführung der Hydrosilylierungsreaktion einsetzen. So kann man beispielsweise - aber nicht ausschließlich - Edelmetallschlämme oder Edelmetall auf Aktivkohle verwenden. Man kann aber auch ein Festbett für die Aufnahme eines Heterogenkatalysators im Bereich des Multielementreaktors vorsehen. So kann man beispielsweise - aber nicht ausschließlich - auch Heterogenkatalysatoren, die auf einem Träger, wie Kugeln, Stränge, Pellets, Zylinder, Rührern usw. aus u. a. SiO2, TiO2, AI2O3, ZrO2, in den Reaktionsbereich der Reaktoreinheiten einbringen.However, it is also possible to use an immobilized catalyst or heterogeneous catalyst from the series of transition metals or noble metals or a corresponding multielement catalyst for carrying out the hydrosilylation reaction. So you can, for example - but not exclusively - use precious metal sludge or precious metal on activated carbon. But you can also provide a fixed bed for receiving a heterogeneous catalyst in the field of multi-element reactor. So you can, for example - but not exclusively - also heterogeneous catalysts that bring on a carrier such as beads, strands, pellets, cylinders, stirrers, etc., inter alia SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2, in the reaction zone of the reactor units.
Beispiele für integrierte Blockreaktoren mit Katalysatorfestbett sind unter http://www.heatric.com/iqs/sid.0833095090382426307150/mab_reactors. html zu entnehmen.Examples of integrated fixed bed catalyst block reactors are available at http://www.heatric.com/iqs/sid.0833095090382426307150/mab_reactors. html.
Ferner kann man als Hilfsstoffe Löse- bzw. Verdünnungsmittel, wie Alkohole, aliphatische sowie aromatische Kohlenwasserstoffe, Ether, Ester, Ketone, CKW, FCKW - um nur einige zu nennen - einsetzen. Solche Hilfsstoffe können beispielsweise in der Produktaufarbeitung aus dem Produkt entfernt werden.Furthermore, solvents or diluents, such as alcohols, aliphatic and aromatic hydrocarbons, ethers, esters, ketones, CHCs, CFCs - to name but a few - can be used as auxiliaries. Such adjuvants can be removed from the product, for example, in the product work-up.
Ebenfalls kann man beim vorliegenden Verfahren Inhibitoren, beispielsweise Polymerisationsinhibitoren oder entsprechende Gemische, als zusätzliche Hilfsstoffe einsetzen.Likewise, in the present process, inhibitors, for example polymerization inhibitors or corresponding mixtures, can be used as additional auxiliaries deploy.
Im Allgemeinen führt man das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durch:In general, the process according to the invention is carried out as follows:
In der Regel dosiert man zunächst die Eduktkomponenten A, B und gegebenenfalls C sowie gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe und mischt. Dabei ist man bestrebt, einen Homogenkatalysator mit einer Genauigkeit von < ±20 %, vorzugsweise < ±10 % zu dosieren. In besonderen Fällen kann man den Homogenkatalysator sowie optional weitere Hilfsstoffe in das Gemisch aus den Komponenten A und B auch erst kurz vor Eintritt in den Multielementreaktor dosieren. Anschließend kann man das Eduktgemisch dem Multielementreaktor zuführen und die Komponenten unter Temperaturkontrolle umsetzen. Man kann aber auch den Multielementreaktor zunächst mit einem katalysatorhaltigen Edukt bzw. Eduktgemisch spülen bzw. vorkonditionieren, bevor man die Temperatur zur Durchführung der Umsetzung vorfährt. Man kann die Vorkonditionierung des Multielementreaktors aber auch unter leicht erhöhter Temperatur durchführen. Die im Multielementreaktor zusammengeführten bzw. erhaltenen Produktströme (Rohprodukt) kann man nachfolgend in einer Produktaufarbeitung der erfindungsgemäßen Anlage in geeigneter Weise aufarbeiten, beispielsweise - aber nicht ausschließlich - durch eine Vakuumdestillation, wobei auch Strippmittel eingesetzt werden können. Das Verfahren wird bevorzugt kontinuierlich betrieben.As a rule, the reactant components A, B and, if appropriate, C are metered in, and optionally further auxiliaries, and the mixture is mixed. It is endeavored to meter a homogeneous catalyst with an accuracy of <± 20%, preferably <± 10%. In special cases, it is also possible to meter the homogeneous catalyst and optionally further auxiliaries into the mixture of components A and B only shortly before entry into the multielement reactor. Subsequently, it is possible to feed the starting material mixture to the multielement reactor and to react the components under temperature control. However, it is also possible first to rinse or precondition the multielement reactor with a catalyst-containing educt or reactant mixture before the temperature is advanced to carry out the reaction. It is also possible to carry out the preconditioning of the multielement reactor at a slightly elevated temperature. The product streams (crude product) combined or obtained in the multielement reactor can subsequently be worked up in a suitable manner in a product work-up of the plant according to the invention, for example-but not exclusively-by vacuum distillation, it also being possible to use stripping agents. The process is preferably operated continuously.
So kann man das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anlage in vorteilhafter Weise kontinuierlich mit einem Produktaustrag von 5 kg bis 100 000 t p. a. betreiben.Thus, the method of the invention using an inventive system in an advantageous manner continuously with a product output of 5 kg to 100 000 t p. a. operate.
Die vorliegende Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel näher erläutert, ohne den Gegenstand zu beschränken.The present invention will be further illustrated by the following example without limiting the subject matter.
Beispiele Beispiel 1Examples example 1
Herstellung von 3-(Methylpolyethylenglykol)propyltrimethoxysilanPreparation of 3- (methylpolyethylene glycol) propyltrimethoxysilane
Die für die kontinuierliche Herstellung von 3-(Methylpolyethylenglykol)propyltrimethoxy- silan (Dynasylan® 4140) verwendete Anlage bestand im Wesentlichen aus den Eduktvorratsbehältern, HPLC-Pumpen, Regel-, Mess- und Dosiereinheiten, einem T- Mischer, vier parallel geschalteten, wechselbaren und mit Füllkörpern bestückten Vorreaktoren aus Edelstahl (jeweils Durchmesser 10 mm, Länge 50 mm, Edelstahlkügelchen mit durchschnittlich 1 ,5 mm Durchmesser als Füllkörper), einem integrierten Blockreaktor aus Edelstahl, vgl. hierzu auch Figur 5, Temperaturregelung, einem Druckhalteventil, einer mit N2 betriebenen Strippkolonne und Verbindungsleitungen in der Anlage für Eduktzuführung, zwischen den oben genannten Anlagenteilen sowie Produkt-, Recycling- und Abgasabführung. Ferner wurde für die Vorreaktoren und den Blockreaktor eine Temperierung über ein Beheiz- und Kühlsystem vorgesehen.The for the continuous preparation of 3- (methyl polyethylene glycol) propyltrimethoxy- silane (Dynasylan ® 4140) used system consisted essentially of the reactant reservoir vessels, HPLC pumps, regulating, measuring and dosing units, a T mixer, four parallel, exchangeable and pre-reactors made of stainless steel (each with a diameter of 10 mm, length 50 mm, stainless steel beads with an average diameter of 1.5 mm in the form of packing), an integrated block reactor made of stainless steel, cf. also FIG. 5, temperature control, a pressure-maintaining valve, a stripping column operated with N 2 and connecting lines in the system for reactant feed, between the abovementioned plant sections and product, recycling and waste gas removal. Furthermore, a temperature control over a heating and cooling system was provided for the pre-reactors and the block reactor.
Zunächst wurde bei Raumtemperatur das Polyetherolefin (ZALP 500, Goldschmidt) und eine acetonische, HOAc-haltige Lösung von Hexachloroplatinsäure in einem molaren Verhältnis Olefin : Pt = 48 000 : 1 und Olefin : Essigsäure = 1 : 0,01 dosiert bzw. gemischt und im T-Mischer mit Trimethoxysilan (TMOS, Degussa AG) in einem molaren Verhältnis Olefin : TMOS = 1 : 0,85 gemischt und dem Reaktorsystem zugeführt. Dabei betrug der Druck 25 ± 10 bar. Beim Anfahren der Anlage sollte ein möglichst H2O-freier Zustand der Anlage angestrebt werden. Ferner wurde die Anlage vor der Anhebung der Temperatur im Reaktor mit Eduktgemisch für 2 Stunden gespült. Bei einer Durchsatzmenge von in Summe 10 kg/h wurde die Temperatur in den Reaktoren vorgefahren, auf 110 0C eingestellt und über 27 Tage kontinuierlich betrieben. Nach Reaktor wurden in zeitlichen Abständen Proben für GC-WLD-Messungen entnommen. Der Umsatz, bezogen auf das Olefin, lag im Durchschnitt bei 97 % und die Selektivität, bezogen auf das Zielprodukt, lag bei 75 %. Das erhaltene Rohprodukt wurde kontinuierlich in die Strippkolonne gefahren und bei einer Manteltemperatur von 150 0C, p = 20 mbar, mit N2 (Volumenstrom = 100 l/h, T = 150 0C) kontinuierlich gestrippt. Das Kopfprodukt wurde kondensiert und bestand zu rund 4 Gew.-% aus Aceton, 5 Gew.-% Essigsäure, 78 Gew.-% TMOS, 11 Gew.-% Tetramethoxysilan und 2 Gew.-% Methanol. Aus dem Sumpf wurden kontinuierlich rund 9,8 kg/h Hydrosilylierungsprodukt (Dynasylan® 4140) entnommen.First, at room temperature, the polyetherolefin (ZALP 500, Goldschmidt) and an acetonic, HOAc-containing solution of hexachloroplatinic acid in a molar ratio of olefin: Pt = 48,000: 1 and olefin: acetic acid = 1: 0.01 were dosed or mixed and im T-mixer mixed with trimethoxysilane (TMOS, Degussa AG) in a molar ratio of olefin: TMOS = 1: 0.85 and fed to the reactor system. The pressure was 25 ± 10 bar. When starting up the system, the system should be kept as free of H 2 O as possible. Furthermore, the system was rinsed for 2 hours prior to raising the temperature in the reactor with educt mixture. At a total throughput of 10 kg / h, the temperature was advanced in the reactors, adjusted to 110 0 C and operated continuously for 27 days. After reactor samples were taken at intervals for GC-WLD measurements. The conversion, based on the olefin, averaged 97% and the selectivity, based on the target product, was 75%. The crude product obtained was continuously into the stripping column and at a jacket temperature of 150 0, p = 20 mbar, with N 2 (flow rate = 100 L / h, T = 150 0 C) continuously stripped C. The overhead product was condensed and consisted of about 4% by weight of acetone, 5% by weight of acetic acid, 78% by weight of TMOS, 11% by weight of tetramethoxysilane and 2% by weight of methanol. Approximately 9.8 kg / h were continuously hydrosilylation product from the sump (Dynasylan ® 4140) were removed.
Beispiel 2 Herstellung von 3-(Methylpolyethylenglykol)propyltrimethoxysilanExample 2 Preparation of 3- (methylpolyethyleneglycol) propyltrimethoxysilane
Für die kontinuierliche Herstellung von 3-(Methylpolyethylenglykol)propyltrimethoxy- silan (Dynasylan® 4140) wurde eine Anlage gemäß Beispiel 1 verwendet.For the continuous preparation of 3- (methyl polyethylene glycol) propyltrimethoxy- silane (Dynasylan ® 4140) equipment was used as in Example. 1
Zunächst wurde bei Raumtemperatur das Polyetherolefin (ZALP 500, Goldschmidt) und eine Xylol-haltige Lösung des Pt(0)-Komplexkatalysators (CPC072, Degussa) in einem molaren Verhältnis Olefin : Pt = 48 000 : 1 und Olefin : Propionsäure = 1 : 0,01 dosiert bzw. gemischt und im T-Mischer mit Trimethoxysilan (TMOS, Degussa AG) in einem molaren Verhältnis Olefin : TMOS = 1 : 0,85 gemischt und dem Reaktorsystem zugeführt. Dabei betrug der Druck 25 ± 10 bar. Beim Anfahren der Anlage sollte ein möglichst H2O-freier Zustand der Anlage angestrebt werden. Ferner wurde die Anlage vor der Anhebung der Temperatur im Reaktor mit Eduktgemisch für 2 Stunden gespült. Bei einer Durchsatzmenge von in Summe 10 kg/h wurde die Temperatur in den Reaktoren vorgefahren, auf 130 0C eingestellt und über 10 Tage kontinuierlich betrieben. Nach Reaktor wurden in zeitlichen Abständen Proben für GC-WLD- Messungen entnommen. Der Umsatz, bezogen auf das Olefin, lag im Durchschnitt bei 97 % und die Selektivität, bezogen auf das Zielprodukt, lag bei 80 %. Das erhaltene Rohprodukt wurde kontinuierlich in die Strippkolonne gefahren und bei einer Manteltemperatur von 150 °C, p = 200 mbar, mit N2 (Volumenstrom = 100 l/h, T = 150 0C) kontinuierlich gestrippt. Das Kopfprodukt wurde kondensiert und bestand zu 9 Gew.-% aus Propionsäure, 80 Gew.-% TMOS, 10 Gew.-% Tetramethoxysilan und 1 Gew.-% XyIoI. Aus dem Sumpf wurden kontinuierlich rund 9,8 kg/h Hydrosilylierungsprodukt (Dynasylan® 4140) entnommen. First, at room temperature, the polyetherolefin (ZALP 500, Goldschmidt) and a xylene-containing solution of the Pt (0) complex catalyst (CPC072, Degussa) in a molar ratio of olefin: Pt = 48,000: 1 and olefin: propionic acid = 1: 0 , Dosed or mixed and mixed in the T-mixer with trimethoxysilane (TMOS, Degussa AG) in a molar ratio of olefin: TMOS = 1: 0.85 and fed to the reactor system. The pressure was 25 ± 10 bar. When starting up the system, the system should be kept as free of H 2 O as possible. Furthermore, the system was rinsed for 2 hours prior to raising the temperature in the reactor with educt mixture. At a throughput of a total of 10 kg / h, the temperature was advanced in the reactors, adjusted to 130 0 C and operated continuously for 10 days. After reactor samples were taken at intervals for GC-WLD measurements. The conversion based on the olefin was 97% on average and the selectivity based on the target product was 80%. The crude product obtained was driven continuously into the stripping column and at a jacket temperature of 150 ° C., p = 200 mbar, with N 2 (flow rate = 100 l / h, T = 150 ° C.) stripped continuously. The overhead product was condensed and consisted of 9% by weight of propionic acid, 80% by weight of TMOS, 10% by weight of tetramethoxysilane and 1% by weight of xylene. Approximately 9.8 kg / h were continuously hydrosilylation product from the sump (Dynasylan ® 4140) were removed.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Anlage zur kontinuierlichen industriellen Durchführung einer Umsetzung, wobei man eine α,ß-ungesättigte aliphatische Polyetherverbindung A mit einer HSi- Verbindung B in Gegenwart eines Katalysators C und optional weiterer Hilfsstoffe umsetzt und die Anlage mindestens auf der Eduktzusammenführung (3) für die Komponenten A (1 ) und B (2), mindestens einem Multielementreaktor (5), der seinerseits mindestens zwei Reaktoreinheiten in Form mindestens eines auswechselbaren Vorreaktors (5.1 ) und mindestens eine weitere, dem Vorreaktorsystem nachgeschaltete Reaktoreinheit (5.3) beinhaltet, und auf einer1. plant for the continuous industrial implementation of a reaction, wherein reacting an α, ß-unsaturated aliphatic polyether compound A with a HSi compound B in the presence of a catalyst C and optionally further auxiliaries and the system at least on the Eduktzusammenführung (3) for the components A (1) and B (2), at least one multi-element reactor (5), which in turn includes at least two reactor units in the form of at least one replaceable prereactor (5.1) and at least one further, the pre-reactor downstream reactor unit (5.3), and on a
Produktaufarbeitung (8) basiert.Product workup (8) based.
2. Anlage nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Reaktoreinheit (5.3), die ihrerseits 1 bis 100 000 Reaktoreinheiten einschließt.2. Plant according to claim 1, characterized by a reactor unit (5.3), which in turn includes 1 to 100 000 reactor units.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Reaktoreinheiten, wobei ein Vorreaktor (5.1 ) ein freies Reaktionsvolumen von 5 ml bis 10 1 und eine Reaktoreinheit (5.3) in Summe ein freies Reaktionsvolumen von 1 ml bis 100 I aufweisen.3. Plant according to claim 1 or 2, characterized by reactor units, wherein a prereactor (5.1) having a free reaction volume of 5 ml to 10 1 and a reactor unit (5.3) in total a free reaction volume of 1 ml to 100 l.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens einen Multielementreaktor (5), der (i) auf mindestens zwei parallel geschalteten Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens einer den Vorreaktoren nachgeschalteten Edelstahlkapillaren oder (ii) auf mindestens zwei parallel geschalteten Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens einer den Vorreaktoren nachgeschalteten Quarzglaskapillaren oder (iii) auf mindestens zwei parallel geschalteten Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens einem integrierten Blockreaktor (5.3.1 ) oder (iv) auf mindestens zwei parallel geschaltete Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens einem Mikrorohrbündelwärmetauscherreaktor (5.9) basiert.4. Plant according to one of claims 1 to 3, characterized by at least one multi-element reactor (5), the (i) on at least two parallel-connected pre-reactors (5.1) and at least one pre-reactors downstream stainless steel capillaries or (ii) on at least two parallel-connected pre-reactors (5.1) and at least one downstream of the pre-reactors quartz glass capillaries or (iii) at least two parallel switched pre-reactors (5.1) and at least one integrated block reactor (5.3.1) or (iv) based on at least two parallel pre-reactors (5.1) and at least one micro tube bundle heat exchanger reactor (5.9).
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens zwei Vorreaktoren (5.1 ), die mit Füllkörpern ausgestattet sind.5. Plant according to one of claims 1 to 4, characterized by at least two pre-reactors (5.1), which are equipped with packing.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Multielementreaktor (5), der vier bis acht parallel geschaltete und mit Füllkörpern gepackte Vorreaktoren (5.1 ) und einen den Vorreaktoren nachgeschaltenen integrierten Blockreaktor (5.3.1 ), der seinerseits 10 bis 4 000 Reaktoreinheiten (5.5) umfaßt, beinhaltet.6. Plant according to one of claims 1 to 5, characterized by a Multielementreaktor (5), the four to eight parallel connected and packed with packing pre-reactors (5.1) and a downstream of the pre-reactors integrated block reactor (5.3.1), in turn, 10 bis 4,000 reactor units (5.5) includes.
7. Multielementreaktor (5) zur Umsetzung hydrolysierbarer Silane, der seinerseits mindestens zwei Reaktoreinheiten in Form von auswechselbaren Vorreaktoren (5.1 ) und mindestens eine weitere den Vorreaktoren nachgeschaltete Reaktoreinheit (5.3) beinhaltet.7. Multielementreaktor (5) for the implementation of hydrolyzable silanes, which in turn includes at least two reactor units in the form of replaceable pre-reactors (5.1) and at least one further pre-reactor downstream reactor unit (5.3).
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Mulielementreaktor nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch8. Plant according to one of claims 1 to 6 or Mulielementreaktor according to claim 7, characterized by
Vorreaktoren (5.1 ), die mit strukturierten Füllkörpern (5.1.3) gepackt sind.Pre-reactors (5.1) packed with structured packing (5.1.3).
9. Verfahren zur kontinuierlichen industriellen Herstellung eines Polyetheralkyl- alkoxysilans der allgemeinen Formel (I)9. A process for the continuous industrial production of a polyetheralkylalkoxysilane of the general formula (I)
Y-Si(R')m(OR)3-m (I), worin Y für eine Polyetheralkylgruppe der Form H3C[O-(CH2)2]nO-(CH2)3- mit n = 1 bis 20 oder H[O-(CH2)2]nO-(CH2)3- mit n = 1 bis 20, steht, R' und R unabhängig eine d- bis C4-Alkylgruppe darstellen und m gleich 0 oder 1 ist,Y-Si (R ') m (OR) 3 -m (I), where Y is a polyetheralkyl group of the form H 3 C [O- (CH 2 ) 2] nO- (CH 2 ) 3 with n = 1 to 20 or H [O- (CH 2 ) 2] nO- (CH 2 ) 3- with n = 1 to 20, R 'and R independently represent a C 1 to C 4 alkyl group and m is 0 or 1,
wobei man die Umsetzung der Eduktkomponenten A und B in Gegenwart eines Katalysators C sowie optional weiterer Komponenten in einem Multielementreaktor (5) durchführt, der seinerseits auf mindestens zwei Reaktoreinheiten in Form mindestens eines auswechselbaren Vorreaktors (5.1 ) und mindestens einer weiteren, dem Vorreaktorsystem nachgeschalteten Reaktoreinheit (5.3) basiert.wherein the reaction of the starting material components A and B is carried out in the presence of a catalyst C and optionally further components in a multi-element reactor (5), which in turn on at least two reactor units in the form of at least one interchangeable prereactor (5.1) and at least one further, the pre-reactor downstream reactor unit (5.3).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in mindestens einem Multielementreaktor (5) durchführt, wobei die Reaktoreinheiten in Edelstahl ausgeführt sind und mindestens zwei der10. The method according to claim 9, characterized in that one carries out the reaction in at least one multi-element reactor (5), wherein the reactor units are made of stainless steel and at least two of
Vorreaktoren (5.1 ) mit Füllkörpern (5.1.3) ausgestattet sind.Pre-reactors (5.1) are equipped with packing (5.1.3).
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Komponente A aus der Reihe H3C[O-(CH2)2]nO-CH2CH=CH2 mit n = 1 bis 20 oder H[O-(CH2)2]nO-CH2CH=CH2 mit n = 1 bis 20 mit einem Silan (Komponente B) der allgemeinen Formel (II)11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that a component A from the series H 3 C [O- (CH 2 ) 2] nO-CH 2 CH = CH 2 with n = 1 to 20 or H [O- ( CH 2 ) 2] nO-CH 2 CH = CH 2 where n = 1 to 20 with a silane (component B) of the general formula (II)
HSi(R')mOR3-m (II),HSi (R ') m OR 3 - m (II),
worin R' und R unabhängig für eine d- bis C4-Al kylgruppe stehen und m gleich 0 oder 1 ist,wherein R 'and R independently are a C 1 to C 4 alkyl group and m is 0 or 1,
umsetzt. implements.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Komponenten B (Hydrogensilan) und A (Polyetherolefin) in einem molaren Verhältnis von 0,7 bis 0,9 zu 1 einsetzt.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that one uses the components B (hydrogen silane) and A (Polyetherolefin) in a molar ratio of 0.7 to 0.9 to 1.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Homogenkatalysator C und diesen, bezogen auf das Edelmetall, in einem molaren Verhältnis zur Komponente A von 1 bis 2 zu 60 000 einsetzt.13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that one uses a homogeneous catalyst C and this, based on the noble metal, in a molar ratio to the component A of 1 to 2 to 60,000.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators C auf der Basis von PtCI4 oder H2PtCI6 durchführt.14. The method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that one carries out the reaction in the presence of a catalyst C based on PtCl 4 or H 2 PtCl 6 .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass man den Mulitielementreaktor (5) mit einem katalysatorhaltigen Eduktgemisch vorkonditioniert.15. The method according to any one of claims 9 to 14, characterized in that preconditioning the Mulitielementreaktor (5) with a catalyst-containing Eduktgemisch.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung im Multielementreaktor (5) bei einer Temperatur von 90 bis 140 0C und bei einem Druck von 15 bis 35 bar abs. betreibt.16. The method according to any one of claims 9 to 15, characterized in that the reaction in the multi-element reactor (5) at a temperature of 90 to 140 0 C and at a pressure of 15 to 35 bar abs. operates.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung bei einer mittleren Verweilzeit von 1 Minute bis 10 Minuten durchführt.17. The method according to any one of claims 9 to 16, characterized in that the reaction at a mean residence time of 1 minute to 10 minutes.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung bei einem Verhältnis von Reaktoroberfläche zu Reaktorvolumen (AA/) von 20 bis 50 000 mVm3 durchführt.18. The method according to any one of claims 9 to 17, characterized in that one carries out the reaction at a ratio of reactor surface to reactor volume (AA /) of 20 to 50 000 mVm 3 .
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass man kontinuierlich die Eduktkomponenten A, B und C dosiert und mischt, anschließend einen definierten Volumenstrom des Eduktgemischs dem Multielementreaktor (5) zuführt, umsetzt und das dabei erhaltene Produktgemisch nachfolgend aufarbeitet.19. The method according to any one of claims 9 to 18, characterized in that one dosed and mixes the educt components A, B and C continuously, then a defined volume flow of the educt mixture to the multi-element reactor (5) feeds, and reacts the resulting product mixture subsequently processed.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Eduktgemisch auf der Basis der Komponenten A, B und C einsetzt, das als weitere Komponente eine organische oder anorganische Säure enthält.20. The method according to any one of claims 9 to 19, characterized in that one uses a Eduktgemisch based on the components A, B and C, which contains as further component an organic or inorganic acid.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass man als weitere Komponente Essigsäure einsetzt und man das molaren Verhältnis von Essigsäure zu Komponente A auf 0,01 bis 5 zu 10 000 einstellt.21. The method according to any one of claims 9 to 20, characterized in that one uses as further component acetic acid and the molar ratio of acetic acid to component A to 0.01 to 5 to 10 000 sets.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass man nach einer definierten Betriebszeit der Anlage mindestens einen Vorreaktor (5.1 ), der optional mit Füllkörpern (5.1.3) gepackt ist, gegen einen frischen, optional mit Füllkörpern ausgestatteten Vorreaktor auswechselt, während man mindestens einen weiteren Vorreaktor (5.1 ) zur Durchführung des kontinuierlichen Prozesses weiter betreibt.22. The method according to any one of claims 9 to 21, characterized in that after a defined operating time of the system at least one pre-reactor (5.1), which is optionally packed with packing (5.1.3), against a fresh, optionally equipped with packing prereactor alternates while one continues to operate at least one further prereactor (5.1) for carrying out the continuous process.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit in den Vorreaktoren (5.1 ) geringer ist als die in den nachgeschalteten Reaktoreinheiten. 23. The method according to any one of claims 9 to 22, characterized in that the flow velocity in the pre-reactors (5.1) is lower than that in the downstream reactor units.
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