WO1998017381A1 - Method for carrying out reactions characterized by an equilibirum - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for carrying out reactions which are characterized by an equilibrium.
  • Numerous chemical reactions including reactions that are carried out on an industrial scale, are characterized in that, after a certain time, a chemical equilibrium is established between starting materials and products, which allows the chemical reaction to largely proceed to form the products and thus achieve one for the economical implementation of the reaction prevents important high yield of the desired products.
  • a change in the reaction conditions can also influence the position of the equilibrium.
  • the measures mentioned with the aim of shifting the balance to the product side do not always lead to the desired success.
  • This is regularly due to the fact that a change in the reaction conditions often also leads to the formation of by-products, which is problematic not only in terms of the product yield but also in terms of the purity of the products.
  • the separation of the unwanted by-products from the desired products - especially in large-scale processes - can have a significant impact on economy.
  • the presence of large amounts of starting material, which was used in excess also leads to problems in connection with the cleaning of the desired product.
  • Physical equilibria can also play a role in the conduct of chemical reactions.
  • Solution equilibria of chemical substances in solutions also play a role in the technical management of chemical reactions.
  • undesired by-products or starting materials can be dissolved in the reaction mixture.
  • By-products such as coloring or odorants or low-molecular-weight by-products of a reaction leading to higher-molecular-weight products on a statistical average have to be removed in complex cleaning steps which regularly reduce the product yield as well as unreacted starting materials remaining in the reaction mixture.
  • the solution equilibria - in this case determined by diffusion - also include the equilibria of dissolving gaseous reactants in liquid reaction systems.
  • the reaction rate ie the rate at which an equilibrium is as far as possible on the product side, is determined by the amount of in the liquid reaction medium Contact with the dissolved reactant of available gas.
  • the partial pressure of the reaction gas in previous reactions had to be relatively high in order to be able to set a sufficient gas concentration.
  • the object of the invention was to remedy the disadvantages of the prior art described above.
  • a method for carrying out chemical reactions which are characterized by equilibria, should be provided, in which the intervention in the equilibrium in favor of the desired course of the reaction is possible in a simple and efficient manner and can be carried out by means of the desired shift of the Do not oppose physical or chemical forces to balance.
  • Another object of the invention was to provide such a method in which the means for shifting the equilibrium can be used as universally as possible. This means that the agent had to be inert against chemical reactions and also be inexpensive and ubiquitously available with a view to the economic management of the process.
  • the invention relates to a method for carrying out a chemical reaction characterized by an equilibrium in a reaction system designed as a loop reactor, comprising a reactor vessel, at least one loop connected to the reactor vessel via an outlet and an inlet, with devices for pumping around of the fluid reaction mixture, at least one heat exchanger, optionally devices for feeding the reaction fluid into the reactor vessel and a separate gas circuit which is connected to the gas space of the reactor vessel located above the fluid reaction mixture, and separate devices for feeding gas into the gas circuit, for extraction of gas from the gas circuit and / or for the treatment of the gas circulating in the gas circuit, the method being characterized in that an inert gas is guided and / or treated in the gas circuit to intervene in the one running in the reactor vessel, characterized by an equilibrium Reaction is fed into the reactor vessel and after intervention in the equilibrium of the equilibrium reaction taking place in the reactor vessel is withdrawn from the reactor vessel into the gas circuit.
  • the term “equilibrium” is understood to mean both a physical and a chemical equilibrium. Particular examples according to the invention result from the following description, in which the intervention in the equilibrium is an intervention in a physical equilibrium (for example a pure solution equilibrium) or in which on the other hand the intervention in the equilibrium is an intervention in a chemical equilibrium (for example an esterification or transesterification). Sometimes equilibria of both types occur side by side in a reaction system, which can be intervened at the same time or one after the other.
  • the loop reactor used for the process according to the invention which encloses the reaction system, is a loop reactor known as such.
  • Such reactors are usually used as closed reaction vessels for carrying out reactions of reactants dissolved in the liquid phase with other reactants dissolved in the liquid phase, including gaseous reactants.
  • An example of such a reaction carried out in a loop reactor is disclosed in EP-A 0 419 419.
  • Such loop reactors usually comprise - as can be seen from FIG. 1 - a reactor vessel 1 in which a considerable part, if not the majority, of the reaction solution is located.
  • This is equipped with devices 7 for heating and / or cooling the reaction material, for example with a jacket for guiding gas or liquid, which can be used for heating or cooling the reaction material, if this is necessary.
  • At least one loop 2, 22 Connected to the reactor vessel 1 via an outlet 11, 16 and an inlet 12, 17 is at least one loop 2, 22 through which the fluid reaction material can be forcibly guided by means 3, 23 for pumping around.
  • Devices 3, 23 of this type can be pumps, for example.
  • the loop 2, 22 is usually, in the present case preferred, at least one heat exchanger 4, 24, which in the context of the present invention can have the function of a cooler or the function of a heating device, depending on the reaction which is carried out in the loop reactor . It is also possible that in the case of two loops 2, 22, as shown by way of example in FIG. 2, and - accordingly - two heat exchangers 4 and 24, at least temporarily the function of a cooler and one the function of a heating device.
  • a device for feeding the circulating reaction fluid into the reactor vessel 1 can be arranged at the inlet of the loop 2, 22 into the reaction vessel 1. This can be done in such a way that the loop 2, 22 at the inlet into the reactor vessel 1 feeds the reaction material into such a device or the inlet itself represents such a device for feeding into the reactor vessel. Examples of this are Venturi tubes or nozzles, jet nozzles or jet suction mixing nozzles, which provide a certain turbulence when the reaction material is fed into the reactor vessel 1 and thus considerably improve the contact between the reaction partners (in particular in the case of gas-liquid reactions).
  • the loop reactor has a separate gas circuit 8, 28. This is connected to the gas space of the reactor vessel 1 located above the fluid reaction medium and preferably has separate devices for feeding gas into the gas circuit 8, 28, separate devices for withdrawing gas from the gas circuit 8, 28 and / or separate and / or separately switchable or switchable devices for treating the gas circulating in the gas circuit.
  • this treatment can be an adsorptive treatment, a condensation treatment and a selective chemical (ie a reactive) treatment; Combinations of these are further preferred and can therefore be used with advantage because all conceivable treatment options of your choice are available.
  • FIGS. 3A to 3D can, for example (at 8a or 28a in FIGS. 1 and 2), be cartridges or units which can be switched on and off separately and which can be operated with means known per se for removing O 2 (e.g. with a molecular sieve) or to remove moisture (e.g. with a drying agent such as silica gel R ), with an adsorbent such as activated carbon e.g. for the purpose of removing low molecular weight volatile components or also with a carrier which selectively binds reactive components by active chemical reaction and removed or filled with harmless, non-toxic and / or non-environmentally relevant substances.
  • O 2 e.g. with a molecular sieve
  • moisture e.g. with a drying agent such as silica gel R
  • an adsorbent such as activated carbon e.g. for the purpose of removing low molecular weight volatile components or also with a carrier which selectively binds reactive components by active chemical reaction and removed or filled with harmless
  • such devices can also be, for example, cartridges or units or units in the form of one or more capacitors, which can be connected in series and can be switched on and off separately, with which components which are carried out with the inert gas from the reaction system into the gas circuit are separated from the inert gas ( if necessary, can be separated individually or in stages).
  • Combinations of such devices for example a drying cartridge and one or more condenser (s) are also possible according to the invention.
  • an inert gas is conducted and / or treated in the gas circuit 8, 28, for intervention in the reaction which takes place in the reactor vessel 1 and which is characterized by an equilibrium, is fed into the reactor vessel 1 and after intervention in the equilibrium of the equilibrium in the reactor vessel 1 - deducted weight reaction from the reactor vessel 1 in the gas circuit 8, 28.
  • inert gases A large number of gases can be considered as inert gases.
  • all gases are suitable which are inert in the special reaction, ie which do not react in an undesirable manner with one of the reaction partners.
  • a gas can be used for a special equilibrium reaction which does not react undesirably with one of the reactants under the given reaction conditions, but which is not inert in other reactions or under other reaction conditions.
  • nitrogen (N 2 ), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O) and other inert substances which are gaseous under the reaction conditions are preferably used as inert gases.
  • the inert gas is guided and / or treated in the gas circuit 8, 28.
  • the guidance in the gas circuit 8, 28 can thus serve to condition the inert gas for later intervention in the equilibrium of the reaction taking place in the reaction system.
  • the latter can be advantageous, for example, if the desired gaseous substance is to be introduced into the fluid reaction system for better distribution despite lowering its partial pressure in the system, in order to balance in the sense of improving the contact of the gaseous substance with the other reaction partner (s) to influence.
  • Another advantageous embodiment of the application of a desired gaseous substance to the inert gas lies in the targeted creation of a reductive or oxidative environment during an otherwise non-redox-influenced reaction. This can be desirable, for example, in order to avoid side reactions.
  • the inert gas from the separate gas circuit 8, 28, in which it is guided and / or treated is fed into the reactor vessel 1 in order to intervene in the equilibrium prevailing in the reaction medium or to influence the equilibrium in the desired sense.
  • the inert gas can be fed into the gas space above the fluid reaction medium or directly into the fluid reaction medium.
  • the inert gas can, for example, be fed into the reactor vessel 1 via the device 5, 25 for feeding the fluid reaction medium.
  • other ways of feeding in are also possible, for example directly into the loop 2, 22 or elsewhere into the circulating reaction material. In individual cases, this is left to the choice of the expert in this field.
  • the inert gas intervenes in the reaction in the reactor vessel 1 characterized by an equilibrium in such a way that the inert gas dissolves the reaction mixture of gas dissolved therein (or else undesirable low molecular weight constituents which are otherwise only obtained by separate carrier steam distillation can be removed) and cleans this from the reaction mixture discharges. Interfering with the balance
  • reaction mixture freed from undesired gaseous components. This can be necessary, for example, when a reaction mixture must not contain oxygen because it interferes with the reaction, directs it in an undesirable direction or impairs one of the components involved in the reaction with regard to its mode of action in the reaction.
  • Such removal of oxygen from the reaction medium is carried out, for example, before the reaction to protect reaction products from oxidative degradation (for example in the condensation of highly unsaturated fatty acids or in the esterification of highly unsaturated compounds), to avoid the formation of low molecular weight by-products (for example in the case of Polymerization reactions) or to protect catalysts against loss of activity (for example to protect phosphorous acid against oxidation to phosphoric acid in the esterification of sorbitol to sorbitan esters).
  • the inert gas such as nitrogen, which is conducted in the gas circuit 8, 28, is preferably introduced directly into the fluid reaction medium.
  • the inert gas for example (but not necessarily), passes through the reaction material under high turbulence, for example in the form of a large number of bubbles which are as small as possible, and superimposes the equilibrium (3) with the following equilibrium (4):
  • the gas "displaced" from the solution by nitrogen introduced is discharged with excess nitrogen from the reaction mixture and then from the reaction vessel 1, enters the gas circuit 8, 28 and is separated from the inert gas again in the course of the treatment of the inert gas.
  • the treatment of the inert gas-oxygen mixture in the gas circuit can be carried out according to procedures known to those skilled in the art for such treatment. Such a procedure can - by an game - the treatment of the inert gas-oxygen mixture by means of a molecular sieve that removes the oxygen selectively. This is advantageously (but not necessarily) filled into a cartridge through which the gas mixture flows for treatment. Other procedures are conceivable in the same way to separate the oxygen from the inert gas.
  • the inert gas is then available again for a new cycle of removing oxygen. There are no losses of inert gas.
  • the oxygen can also be flushed out in an open system without returning the nitrogen back into the circuit.
  • this embodiment is less preferred than that previously described.
  • the inert gas can be used in the reaction vessel before the start of the reaction to drive off moisture from the reaction mixture intended for the reaction.
  • the inert gas for example nitrogen
  • the inert gas is preferably introduced turbulently into the reaction mixture, as in the case described above, displaces the dissolved water from the reaction mixture and drags it into the gas space above the reaction mixture or into the gas circuit 8 , 28 out.
  • the inert gas is then "dried" in a manner known per se, ie the water is separated off. This takes place in the gas circuit in a manner known per se.
  • drying process which is particularly preferred when small amounts of water (moisture) are carried out by the inert gas, is to let the moist inert gas flow through a cartridge with a customary drying agent, for example a cartridge with silica gel R. .
  • a customary drying agent for example a cartridge with silica gel R.
  • Amounts of water are preferred other methods known to those skilled in the art, such as freezing out water in a cooler connected to the gas circuit.
  • the inert gas After "drying", the inert gas is available for another cycle. There are no losses of inert gas.
  • the moisture the water
  • this embodiment is less preferred than that previously described.
  • Interference of the inert gas in the solution equilibrium also takes place in a further preferred embodiment of the method according to the invention when one with a Equilibrium reaction taking place as a reaction partner is shifted to the side of the products by supplying an excess of gas.
  • the unreacted excess gas can be discharged from the reaction mixture and thus a rapid, efficient and complete purification of excess gaseous reactant can be achieved in the reaction vessel.
  • This plays a role in the industrial field, for example in batch-like processes, in particular in reactions with environmentally relevant, toxic or highly reactive gases. Examples include phosgenations, carbonylation reactions or alkylations.
  • the excess reactants discharged by the inert gas (for example COCl 2 , CO or RC1) are separated from the inert gas by methods known per se, for example reactively or by adsorption or condensation.
  • the inert gas intervenes in the reaction in the reactor vessel 1 characterized by an equilibrium in such a way that the inert gas feeds a gaseous reactant to the reaction mixture. This can lead to positive results in all cases in which gaseous reactants have to be added to a reaction mixture
  • Examples of the above-mentioned reactions can all be equilibrium reactions taking place on the reactant side with gas participation, for example hydrogenations, oxidation reactions, alkoxylation reactions, nitrilization, phosgenation, halogenation, alkylation, sulfation, sulfation, etc.
  • reaction gas with the inert gas it may be desirable, by common Entry of the reaction gas with the inert gas to produce better contact between the reaction gas and the reaction partner (s) already dissolved in the reaction mixture, a reaction which is too fast in the case of highly reactive gaseous reaction partners while avoiding side reactions at too high a temperature or too high a concentration of the reaction gas to avoid by "dilution" of the reaction gas, to avoid excessive excess of a reaction gas for economic or reaction-technical reasons or health-endangering or dangerous or expensive reaction gases in d
  • the reaction can only be used at low partial pressures, but no less efficiently.
  • the entry of the reaction gas with the inert gas according to the invention takes these goals into account.
  • the gaseous reactant supplied by the inert gas is present in a low partial pressure caused by the end of the reaction.
  • This plays a role, for example, when an equilibrium reaction takes place with the participation of a gaseous reaction partner is not abruptly terminated, but is to come to an end after the supply of the gaseous reactant has ended, with more or less complete reaction of the gas, such as, for example, in the case of alkoxylation reactions.
  • a certain amount of gas (alkylene oxide) regularly remained unconverted in the reaction mixture or in the gas space of the loop reactor if the reaction was not to be allowed to continue uneconomically for a long time.
  • complete reaction can be achieved using an inert gas such as N 2, even if the partial pressure of the gaseous reactant decreases at the end of the reaction, and no reaction gas has to be discharged or pumped off.
  • an inert gas such as N 2
  • This not only avoids separate measures to avoid a hazard (safety, health) to the environment (e.g. complex gas scrubbers), but also enables economical process management using resources.
  • the inert gas intervenes in the reaction characterized by equilibrium in the reactor vessel 1 in such a way that the inert gas withdraws a volatile reaction partner from the reaction mixture.
  • the volatile reaction partner is withdrawn by the inert gas during the course of the reaction and that the reaction partner withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is a product of the reaction characterized by an equilibrium in the course of the reaction.
  • the volatile reaction product water can be removed from the equilibrium by an inert gas. This effectively shifts the balance of the esterification reaction to the product side without thermal stress and without the use of excess educt.
  • the reaction product R 6 CO-OR 9 is volatile due to the length of the alkyl chains of the radicals R 6 and R 9 and can therefore be discharged through the inert gas.
  • this plays a role in the transesterification of coconut fat to increase its melting point:
  • esters of relatively long-chain fatty acids are reacted with coconut fat and long-chain acyl residues are esterified in the fat.
  • shorter-chain fatty acids are released in the form of their esters.
  • the equilibrium of the reaction can be shifted to the product side by driving off the relatively short-chain esters.
  • the inert gas carries the esters of the relatively short-chain fatty acids into the gas cycle, where they are separated off during the treatment of the inert gas. The inert gas is then available for another cycle.
  • the reaction which is basically the same, takes place in the transesterification of triglycerides with non-volatile fatty acids or the transesterification of polyalcohols with methyl esters: even in these reactions, the equilibrium can be eliminated when the formed ones are discharged move volatile fatty acids or methanol to the side of the products.
  • the inert gas engages in a reaction equilibrium with the withdrawal of a volatile reaction partner such that the intervention takes place after the reaction has ended completely and either the reactant withdrawn by the inert gas from the reaction mixture or an reactant used in excess is a reaction characterized by an equilibrium or the reactant withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is a product formed in the course of the reaction, the reaction characterized by an equilibrium, or alternatively a reactant is an educt used in excess, the reaction characterized by an equilibrium, and another Product formed in the course of the reaction is the reaction characterized by equilibrium.
  • An example of the first case (the reactant withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is an educt of the reaction used in excess) is the deodorization of the reaction mixture after the conversion of glycerol and, if appropriate, short-chain fatty acid to triglycerides which can be removed under process conditions according to the equation ( 6)
  • Examples of the second case are the esterification which proceeds according to equation (1) above or that which proceeds according to equation (2) above Transesterification: With the aid of a carrier gas such as nitrogen, the desired ester (R'CO-OR 2 in the case of reaction (1); R 3 CO-OR 5 in the case of reaction (2)), as far as this is volatile, is obtained from the product mixture separated and thus obtain a pure product free of by-products and / or starting materials in one step.
  • the product is completely separated from the inert gas in a manner known per se and, in the end, a pure inert gas suitable for a new separation cycle is obtained again.
  • Examples of the third case are the enrichment of products of a certain degree of alkoxylation in the alkoxylation of For example, fatty alcohols and the purification of the triglycerides resulting from the reaction of glycerol and, for example, fatty acid methyl esters: in the alkoxylation, after the reaction has ended, the relatively volatile reactants fatty alcohol (educt) and low-alkoxylated fatty alcohols (products) can be removed from the more alkoxylated by the intervention of an inert gas in the solution equilibrium Fatty alcohols (products) are separated off and the desired products are obtained in relatively high yield and purity.
  • fatty acid methyl esters (educt) used in the production of triglycerides, as well as methanol (product), any partial esters of glycerol (monoesters or diesters) or methyl ether (by-product) formed can be used as more volatile components separate the reaction mixture after completion of the reaction.
  • the principle described above is used in the deodorization of food fats or oils.
  • these were treated in cascades under vacuum (approx. 1.33 mbar) at temperatures up to 270 ° C. in countercurrent against water vapor in order to drive out undesired by-products with a molecular weight below that of the fats or oils.
  • color bodies and epoxides or hydroperoxides from chemical bleaching or adsorptive bleaching were also partially decomposed by means of bleaching earth and their subsequent removal.
  • the by-products are eliminated, that is to say bleaching and subsequent deodorization, in the loop reactor by introducing H 2 with N 2 and, if appropriate, in the presence of a catalyst and then introducing N 2 to discharge the by-products into the gas cycle (optionally with addition of water vapor to improve the separation effect).
  • the nitrogen discharges the volatile odorants into the gas cycle, where they are separated from the "entraining gas" in a manner known to those skilled in the art, for example by adsorption using a cartridge containing an adsorbent.
  • Such a deodorization is particularly useful after the hydrogenation of edible fats or oils customary in industry, which can also be carried out with advantage in the loop reactor, the process according to the invention having the advantages indicated in the description. It is particularly advantageous that plants previously used only need to be retrofitted with the gas circuit lying outside the reactor system.
  • the last-mentioned reactions are - as described - carried out regularly after completion of the reaction, mostly because the educt content is required during the reaction in order not to undesirably shift the equilibrium back towards the educts.
  • inert gas it corresponds to a further embodiment which is preferred within the scope of the method according to the invention to use the inert gas to set a certain gas atmosphere above the reaction mixture and thus also in the reaction mixture and thus to favor the course of reactions.
  • This can be important, for example, in the treatment of natural fats before chemical reactions: reducible centers (epoxy groups; hydroperoxide groups) present in the fat due to storage or transport conditions can be reduced for pretreatment by introducing H 2 .
  • An inert gas is used as a carrier or medium to intervene in the solution and reaction equilibrium. The efficiency of the reaction is significantly improved, and the subsequent reactions proceed with complete retention of the desired fat product.
  • reducing conditions are also desirable in the esterification of sorbitol to sorbitan esters: for this reaction (which proceeds essentially according to equation (1)), catalysts (phosphorous acid and its salts) are selected which have reducing properties in order to ensure the formation of the quality to prevent the coloring by-products which impair the products. If conventional esterification catalysts are used under reducing conditions (H 2 introduction into the reaction mixture by means of the inert carrier gas N 2 ), the formation of by-products, in particular of color-imparting and odor-forming substances, is largely suppressed.
  • the respective equilibrium can be shifted in a simple and efficient manner by the intervention of an inert gas in favor of the desired course of the reaction.
  • the inert gas does not take part in the reaction and can be completely recovered by simple process steps; it is therefore not consumed, which also enables the use of expensive inert gases. No physical or chemical forces are opposed to shifting the respective equilibrium.
  • the GE- Desired reaction products are obtained in high yield and purity.
  • the amount of catalyst can be drastically reduced, sometimes to 1/10 of the amount used in the prior art, which not only brings about a considerable cost saving in catalyst consumption, but also significantly reduces the problems with separating the catalyst .
  • the gas circuit was operated while pumping around the liquid phase with a circulating capacity of about 3.6 m 3 / h, and the drying unit and then the unit for removing oxygen were connected one after the other.
  • the flow velocity at the discharge of the jet suction was around 17 m / s.
  • the condensation was unit was switched on while the drying unit and the unit for removing oxygen were switched off after the pretreatment.
  • 0.46 kg of 50% methanol-soluble inertized potassium methylate was added to the reaction mixture as the transesterification catalyst, and the temperature was raised to the reaction temperature of 100.degree.
  • the transesterification was carried out at 100 ° C. for 30 minutes. During this time, the methanol formed was continuously discharged into the gas circuit and condensed in the condensation unit at 0 ° C.
  • the reaction mixture consisting of the triglyceride formed, excess methyl esters and low molecular weight impurities, unreacted starting materials and by-products formed, was heated to 200.degree.
  • the gas circuit apart from the desired triglyceride, all other components mentioned, which had a lower molecular weight than the triglyceride, were discharged into the gas circuit and separated from the nitrogen individually by condensation in the condensation unit.
  • the reaction described above was repeated, with the difference that hydrogen (partial pressure: 0.1 bar) was added to the recycled nitrogen.
  • the sorbitan ester obtained had an OHZ of 205 to 208 and a color of 5 Hess-Ives.
  • the subsequent conversion to coconut fatty acid dimethylaminopropylamide was carried out at 180 ° C. over a period of 1 h without using the condensation unit.
  • the Raw amide held had a color number well below 100 Hazen.
  • the reaction described above was repeated, with the modification that the oxygen was not removed from the starting material mixture.
  • the product had a color number of about 500 Hazen.
  • the reaction was stopped by stopping the supply of ethylene oxide however, let the ethylene oxide still present in the system react completely.
  • the catalyst was then destroyed by adding acetic acid.
  • the temperature of the reaction mixture was then raised to 230 ° C. At this temperature, fatty alcohol and simply ethoxylated fatty alcohol were discharged from the reaction mixture over a period of 1 h with the surrounding nitrogen while simultaneously introducing steam into the jet nozzle and separated from the nitrogen with condensation in the condensation unit.
  • the reaction mixture had prior to separation of the starting materials and by-products have a content of C 12 / I4 fatty alcohol of 12 wt .-% and a content of mono-ethoxylated adsorption product (ROH + 1 EO) of 10 wt .-%.
  • the content of C 12/14 fatty alcohol was reduced to 3% by weight and the content of simply ethoxylated adduct (ROH + 1 EO) to 7% by weight.
  • This reduction in the lipophilic constituents in the reaction product manifests itself in a significantly improved water solubility.

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Abstract

The invention relates to a method for carrying out a chemical reaction characterized by an equilibrium in a reaction system designed as a loop reactor, comprising: a reaction vessel (1), at least one loop connected to the reaction vessel (1) by an outlet and an inlet and provided with devices (3) to pump the reaction fluid, at least one heat exchanger (4), possibly devices (5) feed the reaction fluid into the reaction vessel (1) and a separated gas circuit (8) connected to the gas area in the reaction vessel (1), and separate devices feeding the gas into the gas circuit (8) located just above the fluid reaction mixture and drawing it away from the gas circuit (8) and/or treating the gas circulating in the gas circuit (8). Said method is characterized in that an inert gas is conducted and/or treated in the gas circuit (8), it is fed into the reaction vessel (1) in order to affect the reaction taking place therein which is characterized by an equilibrium, and is drawn off in the gas circuit (8) once the equilibrium of the equilibrium reaction taking place in the reaction vessel (1) has been affected.

Description

Verfahren zur Durchführung von durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktionen Process for performing equilibrium reactions
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Reaktionen, die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnet sind.The present invention relates to a method for carrying out reactions which are characterized by an equilibrium.
Zahlreiche chemische Reaktionen einschließlich solcher Reaktionen, die in industriellem Maßstab durchgeführt werden, sind dadurch gekennzeichnet, daß sich nach einer gewissen Zeit ein chemisches Gleichgewicht zwischen Edukten und Produkten einstellt, das den weitgehenden Ablauf der chemischen Reaktion unter Bildung der Produkte und damit das Erzielen einer für die wirtschaftliche Durchführung der Reaktion wichtigen hohen Ausbeute der gewünschten Produkte verhindert.Numerous chemical reactions, including reactions that are carried out on an industrial scale, are characterized in that, after a certain time, a chemical equilibrium is established between starting materials and products, which allows the chemical reaction to largely proceed to form the products and thus achieve one for the economical implementation of the reaction prevents important high yield of the desired products.
Diesem Problem versucht man dadurch zu begegnen, daß man versucht, das Gleichgewicht einer chemischen Reaktion im gewünschten Sinn zu beeinflussen. Grundlage hierfür bilden das bekannte Massenwirkungsgesetz und die durch dieses definierten, von den Reaktionsbedingungen abhängigen Gleichgewichtskonstanten. Dem Prinzip von Le Chatelier folgend, läuft die Reaktion dann in der gewünschten Weise ab, und es stellt sich ein neues (bei ge- eigneter Beeinflussung weiter auf der Seite der Produkte liegendes) Gleichgewicht ein.One tries to counter this problem by trying to influence the equilibrium of a chemical reaction in the desired sense. The basis for this is the well-known law of mass action and the equilibrium constants defined by it and dependent on the reaction conditions. Following the principle of Le Chatelier, the reaction then proceeds in the desired manner and a new equilibrium is established (which is further on the side of the product if the influence is appropriate).
Beispiele für derartige Gleichgewichtsreaktionen sind die Veresterung einer Carbonsäure mit einem Alkohol unter Bildung eines Alkylesters der Carbonsäure und Wasser gemäß der folgenden Reaktionsgleichung:Examples of such equilibrium reactions are the esterification of a carboxylic acid with an alcohol to form an alkyl ester of carboxylic acid and water according to the following reaction equation:
R'CO-OH + R2O-H → R^O-OR2 + H,O (1) Durch kontinuierliches Abdestillieren des im Verlauf der Reaktion gebildeten Wassers oder durch Einsetzen eines der Edukte (Carbonsäure oder Alkohol) im Überschuß wird das Gleichgewicht auf die rechte (Produkt-) Seite der Reaktion verschoben. In vergleichbarer Weise lassen sich Carbonsäurealkylester in Gegenwart von Alkoholen unter Freisetzung eines Alkohols mit der primär im Ester gebundenen Alkoxygruppe umestern:R'CO-OH + R 2 OH → R ^ O-OR 2 + H, O (1) The equilibrium is shifted to the right (product) side of the reaction by continuously distilling off the water formed in the course of the reaction or by using one of the starting materials (carboxylic acid or alcohol) in excess. In a comparable manner, carboxylic acid alkyl esters can be transesterified in the presence of alcohols with liberation of an alcohol with the alkoxy group primarily bound in the ester:
R3CO-OR4 + RsO-H •* R3CO-OR5 + R4O-H (2)R 3 CO-OR 4 + R s OH • * R 3 CO-OR 5 + R 4 OH (2)
Zur Beeinflussung der Lage des Gleichgewichts kann auch eine Änderung der Reaktionsbe- dingungen (Temperatur, Druck) beitragen. In der Praxis führen jedoch die genannten Maßnahmen mit dem Ziel einer Verschiebung des Gleichgewichts auf die Produktseite nicht immer zum gewünschten Erfolg. Dies ist regelmäßig darauf zurückzuführen, daß eine Änderung der Reaktionsbedingungen häufig auch die Bildung von Nebenprodukten mit sich bringt, was nicht nur im Hinblick auf die Produkt- Ausbeute, sondern auch auf die Reinheit der Produkte problematisch ist. Die Abtrennung der unerwünschten Nebenprodukte von den gewünschten Produkten kann - insbesondere in großtechnischen Verfahren - die Wirtschaftlichkeit erheblich beeinträchtigen. Die Präsenz großer Mengen an Edukt, das im Überschuß eingesetzt wurde, führt ebenfalls zu Problemen im Zusammenhang mit der Reinigung des gewünschten Produktes.A change in the reaction conditions (temperature, pressure) can also influence the position of the equilibrium. In practice, however, the measures mentioned with the aim of shifting the balance to the product side do not always lead to the desired success. This is regularly due to the fact that a change in the reaction conditions often also leads to the formation of by-products, which is problematic not only in terms of the product yield but also in terms of the purity of the products. The separation of the unwanted by-products from the desired products - especially in large-scale processes - can have a significant impact on economy. The presence of large amounts of starting material, which was used in excess, also leads to problems in connection with the cleaning of the desired product.
Physikalische Gleichgewichte können bei der Durcbiührung chemischer Reaktionen ebenfalls eine Rolle spielen.Physical equilibria can also play a role in the conduct of chemical reactions.
So ist es häufig erforderlich, daß bestimmte Reaktionen in (z.B. flüssigen) Medien durch- geführt werden, die frei von Sauerstoff oder Wasser bzw. Feuchtigkeit sind, die in dem zur Reaktion vorgesehenen Medium physikalisch gelöst sind. Üblicherweise werden in solchen Fällen das das Medium enthaltende Gefäß evakuiert und anschließend mit einem Inertgas befüllt, oder das offene System wird über eine gewisse Zeit hinweg mit einem Inertgas gespült. Dadurch wird das unerwünschte Gas bzw. die Feuchtigkeit ausgetrieben; jedoch geht auch das Inert-Füllgas oder -Spülgas verloren. Zudem sind in Anlagen zur technischen Führung chemischer Reaktionen derartige Vorgänge kaum wirtschaftlich durchführbar.For example, it is often necessary for certain reactions to be carried out in (for example liquid) media which are free from oxygen or water or moisture and which are physically dissolved in the medium intended for the reaction. In such cases, the vessel containing the medium is usually evacuated and then filled with an inert gas, or the open system is flushed with an inert gas for a certain time. This will expel the unwanted gas or moisture; however, the inert fill gas or purge gas is also lost. In addition, such processes can hardly be carried out economically in plants for the technical management of chemical reactions.
Auch Lösungsgleichgewichte chemischer Stoffe in Lösungen spielen bei der technischen Führung chemischer Reaktionen eine Rolle. So können im Anschluß an eine chemische Reaktion unerwünschte Nebenprodukte oder Edukte in der Reaktionsmischung gelöst sein. Nebenprodukte wie beispielsweise Färb- oder Geruchsbildner oder niedermolekulare Nebenprodukte einer im statistischen Mittel zu höhermolekularen Produkten führenden Reaktion müssen genauso in aufwendigen und regelmäßig die Produktausbeute erheblich mindernden Reinigungsschritten entfernt werden wie in der Reaktionsmischung verbliebene, nicht umgesetzte Edukte.Solution equilibria of chemical substances in solutions also play a role in the technical management of chemical reactions. Following a chemical reaction, undesired by-products or starting materials can be dissolved in the reaction mixture. By-products such as coloring or odorants or low-molecular-weight by-products of a reaction leading to higher-molecular-weight products on a statistical average have to be removed in complex cleaning steps which regularly reduce the product yield as well as unreacted starting materials remaining in the reaction mixture.
Zu den Lösungsgleichgewichten - in diesem Fall diffusionsbestimmt - gehören auch die Gleichgewichte des Lösens gasförmiger Reaktionspartner in flüssigen Reaktionssystemen. Bei Gas-Flüssig-Reaktionen wie Hydrierungen, Oxidationsreaktionen, Nitrilierungen, Phos- genierungen oder Alkoxylierungen mit Alkylenoxiden bestimmt sich die Reaktionsgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der sich ein möglichst weit auf der Produktseite liegendes Gleichgewicht einstellt, durch die Menge an im flüssigen Reaktionsmedium zum Kontakt mit dem gelösten Reaktionspartner verfügbarem Gas. Zur Erzielung praktikabler Reaktionsgeschwindigkeiten mußte der Partialdruck des Reaktionsgases in bisherigen Reaktionen relativ hoch sein, um eine ausreichende Gaskonzentration einstellen zu können. Dies machte nicht nur die Steuerung der Reaktion im Einzelfall schwierig, sondern erforderte regelmäßig den Einsatz größerer Gasmengen, als sie für die Reaktion tat- sächlich erforderlich sind. Zum anderen konnte zum Schluß der Reaktion nicht verhindert werden, daß eine gewisse Gasmenge unumgesetzt wieder entfernt werden mußte, da deren Partialdruck im Gasraum nicht ausreichend für ein vollständiges Abreagieren des gasförmigen Reaktionspartners im flüssigen Reaktionsmedium in vertretbarer Reaktionszeit war. Letzteres ist insbesondere dann nicht vertretbar, wenn das Gas aus Gründen des Schutzes der Umwelt nicht abgelassen werden kann, sondern aufwendig entsorgt werden muß. Auch dies senkte die Wirtschaftlichkeit vieler Gas-Flüssig-Reaktionen.The solution equilibria - in this case determined by diffusion - also include the equilibria of dissolving gaseous reactants in liquid reaction systems. In the case of gas-liquid reactions such as hydrogenations, oxidation reactions, nitrilations, phosgenations or alkoxylations with alkylene oxides, the reaction rate, ie the rate at which an equilibrium is as far as possible on the product side, is determined by the amount of in the liquid reaction medium Contact with the dissolved reactant of available gas. In order to achieve practicable reaction rates, the partial pressure of the reaction gas in previous reactions had to be relatively high in order to be able to set a sufficient gas concentration. This not only made it difficult to control the reaction in individual cases, but also regularly required the use of larger amounts of gas than are actually required for the reaction. On the other hand, at the end of the reaction, it could not be prevented that a certain amount of gas had to be removed unreacted, since its partial pressure in the gas space was not sufficient for a complete reaction of the gaseous reactant in the liquid reaction medium in a reasonable reaction time. The latter is particularly unacceptable if the gas is for reasons of protection the environment can not be drained, but must be disposed of laboriously. This also reduced the efficiency of many gas-liquid reactions.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den oben beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik abzuhelfen. Insbesondere sollte ein Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen zur Verfügung gestellt werden, die durch Gleichgewichte gekennzeichnet sind, bei dem der Eingriff in das Gleichgewicht zugunsten des gewünschten Ablaufs der Reaktion in einfacher und effizienter Weise möglich ist und mit Mitteln erfolgen kann, die der gewünschten Verschiebung des Gleichgewichts keine physikalischen oder chemischen Kräf- te entgegensetzen.The object of the invention was to remedy the disadvantages of the prior art described above. In particular, a method for carrying out chemical reactions, which are characterized by equilibria, should be provided, in which the intervention in the equilibrium in favor of the desired course of the reaction is possible in a simple and efficient manner and can be carried out by means of the desired shift of the Do not oppose physical or chemical forces to balance.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung war, ein derartiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem das Mittel zur Verschiebung des Gleichgewichts möglichst universell einsetzbar ist. Damit mußte das Mittel gegen chemische Reaktionen inert sein und im Hinblick auf eine wirtschaftliche Führung des Verfahrens auch preiswert und ubiquitär verfügbar sein.Another object of the invention was to provide such a method in which the means for shifting the equilibrium can be used as universally as possible. This means that the agent had to be inert against chemical reactions and also be inexpensive and ubiquitously available with a view to the economic management of the process.
Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.Further objects, advantages and features of the method according to the invention result from the following description.
Überraschend wurde nämlich gefunden, daß es möglich ist, in einem Verfahren zur Durchführung von chemischen Reaktionen, die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnet sind, ein Inertgas in einem separaten Gaskreislauf zu führen, wodurch es möglich ist, die gestellten Aufgaben zu lösen.Surprisingly, it has been found that it is possible to carry an inert gas in a separate gas circuit in a process for carrying out chemical reactions which are characterized by an equilibrium, as a result of which it is possible to achieve the objects set.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durcrifuhrung einer durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten chemischen Reaktion in einem als Schleifenreaktor ausgebildeten Reaktionssystem, der einen Reaktorbehälter, mindestens eine mit dem Reaktorbehälter über je einen Auslaß und je einen Einlaß verbundene Schleife mit Einrichtungen zum Umpumpen des fluiden Reaktionsguts, mindestens einem Wärmetauscher, gegebenenfalls Einrichtungen zum Einspeisen des Reaktionsfluids in den Reaktorbehälter und einen getrennten Gaskreislauf, der mit dem über dem fluiden Reaktionsgemisch befindlichen Gasraum des Reaktorbehälters in Verbindung steht, und getrennte Einrichtungen zum Einspeisen von Gas in den Gaskreislauf, zum Abziehen von Gas aus dem Gaskreislauf und/oder zur Behandlung des im Gaskreislauf umlaufenden Gases aufweist, umfaßt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist dadurch, daß ein Inertgas im Gaskreislauf geführt und/oder behandelt wird, zum Eingreifen in die im Reaktorbehälter ablaufende, durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion in den Reaktorbehälter eingespeist wird und nach Eingriff in das Gleichgewicht der im Reaktorbehälter ablaufenden Gleichgewichtsreaktion aus dem Reaktorbehälter in den Gaskreislauf abgezogen wird.The invention relates to a method for carrying out a chemical reaction characterized by an equilibrium in a reaction system designed as a loop reactor, comprising a reactor vessel, at least one loop connected to the reactor vessel via an outlet and an inlet, with devices for pumping around of the fluid reaction mixture, at least one heat exchanger, optionally devices for feeding the reaction fluid into the reactor vessel and a separate gas circuit which is connected to the gas space of the reactor vessel located above the fluid reaction mixture, and separate devices for feeding gas into the gas circuit, for extraction of gas from the gas circuit and / or for the treatment of the gas circulating in the gas circuit, the method being characterized in that an inert gas is guided and / or treated in the gas circuit to intervene in the one running in the reactor vessel, characterized by an equilibrium Reaction is fed into the reactor vessel and after intervention in the equilibrium of the equilibrium reaction taking place in the reactor vessel is withdrawn from the reactor vessel into the gas circuit.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Gleichgewicht" sowohl ein physikalisches als auch ein chemisches Gleichgewicht verstanden. Es ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung besondere Beispiele gemäß der Erfindung, in denen der Eingriff in das Gleichgewicht ein Eingriff in ein physikalisches Gleichgewicht (beispielsweise ein reines Lösungsgleichgewicht) ist oder in denen andererseits der Eingriff in das Gleichgewicht ein Eingriff in ein chemisches Gleichgewicht (beispielsweise einer Veresterung oder Umesterung) ist. Mitunter treten in einem Reaktionssystem auch Gleich- gewichte beider Arten nebeneinander auf, in die gleichzeitig oder auch nacheinander eingegriffen werden kann.In the context of the present invention, the term “equilibrium” is understood to mean both a physical and a chemical equilibrium. Particular examples according to the invention result from the following description, in which the intervention in the equilibrium is an intervention in a physical equilibrium (for example a pure solution equilibrium) or in which on the other hand the intervention in the equilibrium is an intervention in a chemical equilibrium (for example an esterification or transesterification). Sometimes equilibria of both types occur side by side in a reaction system, which can be intervened at the same time or one after the other.
Der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Schleifenreaktor, der das Reaktionssystem umschließt, ist ein als solcher bekannter Schleifenreaktor. Solche Reaktoren werden üblicherweise als geschlossene Reaktionsbehälter zur Durchführung von Reaktionen von in flüssiger Phase gelösten Reaktionspartnern mit anderen in flüssiger Phase gelösten Reaktionspartnern einschließlich gasförmiger Reaktionspartner verwendet. Ein Beispiel einer derartigen, in einem Schleifenreaktor durchgeführten Reaktion ist in der Druckschrift EP-A 0 419 419 offenbart. Derartige Schleifenreaktoren umfassen üblicherweise - wie aus Figur 1 ersichtlich - einen Reaktorbehälter 1, in dem sich ein erheblicher Teil, wenn nicht sogar die überwiegende Menge, der Reaktionslösung befindet. Dieser ist mit Vorrichtungen 7 zum Heizen und/ oder Kühlen des Reaktionsguts ausgestattet, beispielsweise mit einem Mantel zur Führung von Gas oder Flüssigkeit, die einer Heizung oder Kühlung des Reaktionsguts dienen kann, sofern dies erforderlich ist. Mit dem Reaktorbehälter 1 verbunden über je einen Auslaß 11 , 16 und je einen Einlaß 12, 17 ist mindestens eine Schleife 2, 22, durch die mittels Einrichtungen 3, 23 zum Umpumpen das fluiden Reaktionsgut zwangsweise geführt werden kann. Derartige Einrichtungen 3, 23 können beispielsweise Pumpen sein. In die Schleife 2, 22 eingebaut ist üblicherweise, im vorliegenden Fall bevorzugt, mindestens ein Wärmetauscher 4, 24, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung je nach Reaktion, die in dem Schleifenreaktor durchgeführt wird, die Funktion eines Kühlers oder die Funktion einer Heizvorrichtung haben kann. Es ist auch möglich, daß bei zwei Schleifen 2, 22, wie sie beispielhaft in Figur 2 gezeigt sind, und - dementsprechend - zwei Wärmetauschern 4 und 24 zumindest zeitweise einer die Funktion eines Kühlers und einer die Funktion einer Heizvorrichtung überrύmmt.The loop reactor used for the process according to the invention, which encloses the reaction system, is a loop reactor known as such. Such reactors are usually used as closed reaction vessels for carrying out reactions of reactants dissolved in the liquid phase with other reactants dissolved in the liquid phase, including gaseous reactants. An example of such a reaction carried out in a loop reactor is disclosed in EP-A 0 419 419. Such loop reactors usually comprise - as can be seen from FIG. 1 - a reactor vessel 1 in which a considerable part, if not the majority, of the reaction solution is located. This is equipped with devices 7 for heating and / or cooling the reaction material, for example with a jacket for guiding gas or liquid, which can be used for heating or cooling the reaction material, if this is necessary. Connected to the reactor vessel 1 via an outlet 11, 16 and an inlet 12, 17 is at least one loop 2, 22 through which the fluid reaction material can be forcibly guided by means 3, 23 for pumping around. Devices 3, 23 of this type can be pumps, for example. In the loop 2, 22 is usually, in the present case preferred, at least one heat exchanger 4, 24, which in the context of the present invention can have the function of a cooler or the function of a heating device, depending on the reaction which is carried out in the loop reactor . It is also possible that in the case of two loops 2, 22, as shown by way of example in FIG. 2, and - accordingly - two heat exchangers 4 and 24, at least temporarily the function of a cooler and one the function of a heating device.
Am Einlaß der Schleife 2, 22 in den Reaktionsbehälter 1 kann eine Einrichtung zum Einspeisen des umlaufenden Reaktionsfluids in den Reaktorbehälter 1 angeordnet sein. Dies kann so geschehen, daß die Schleife 2, 22 am Einlaß in den Reaktorbehälter 1 das Reaktionsgut in eine solche Einrichtung einspeist oder der Einlaß selbst eine solche Einrichtung zum Einspeisen in den Reaktorbehälter darstellt. Beispiele hierfür sind Venturi-Rohre oder -Düsen, Strahldüsen oder Strahlsauger-Mischdüsen, die bei Einspeisen des Reaktionsgutes in den Reaktorbehälter 1 für eine gewisse Turbulenz sorgen und damit den Kontakt zwischen den Reaktionspartnem (insbesondere bei Gas-Flüssig-Reaktionen) erheblich verbessern.A device for feeding the circulating reaction fluid into the reactor vessel 1 can be arranged at the inlet of the loop 2, 22 into the reaction vessel 1. This can be done in such a way that the loop 2, 22 at the inlet into the reactor vessel 1 feeds the reaction material into such a device or the inlet itself represents such a device for feeding into the reactor vessel. Examples of this are Venturi tubes or nozzles, jet nozzles or jet suction mixing nozzles, which provide a certain turbulence when the reaction material is fed into the reactor vessel 1 and thus considerably improve the contact between the reaction partners (in particular in the case of gas-liquid reactions).
Der Schleifenreaktor weist einen getrennten Gaskreislauf 8, 28 auf. Dieser steht mit dem über dem fluiden Reaktionsgut befindlichen Gasraum des Reaktorbehälters 1 in Verbindung und weist bevorzugterweise getrennte Einrichtungen zum Einspeisen von Gas in den Gaskreislauf 8, 28, getrennte Einrichtungen zum Abziehen von Gas aus dem Gaskreislauf 8, 28 und/oder getrennte und/oder getrennt abschaltbare oder zuschaltbare Einrichtungen zur Behandlung des im Gaskreislauf umlaufenden Gases auf. Diese Behandlung kann in bevor- zugtes Ausgestaltungen der Erfindung eine adsorptive Behandlung, eine kondensative Behandlung und eine selektive chemische (d.h. eine reaktive) Behandlung sein; Kombinationen daraus sind weiter bevorzugt und deswegen mit Vorteil einsetzbar, weil damit alle denkbaren Behandlungsmöglichkeiten nach Wahl zur Verfügung stehen.The loop reactor has a separate gas circuit 8, 28. This is connected to the gas space of the reactor vessel 1 located above the fluid reaction medium and preferably has separate devices for feeding gas into the gas circuit 8, 28, separate devices for withdrawing gas from the gas circuit 8, 28 and / or separate and / or separately switchable or switchable devices for treating the gas circulating in the gas circuit. In preferred embodiments of the invention, this treatment can be an adsorptive treatment, a condensation treatment and a selective chemical (ie a reactive) treatment; Combinations of these are further preferred and can therefore be used with advantage because all conceivable treatment options of your choice are available.
Die letztgenannten Einrichtungen sind in den Figuren 3A bis 3D gezeigt und können beispielsweise (bei 8a bzw. 28a in den Figuren 1 und 2) getrennt ab- und zuschaltbare Patronen oder Einheiten sein, die mit an sich bekannten Mitteln zum Entfernen von O2 (z.B. mit einem Molekularsieb) oder zum Entfernen von Feuchtigkeit (z.B. mit einem Trocknungsmittel wie beispielsweise SilicagelR), mit einem Adsorptionsmittel wie z.B. Aktivkohle z.B. zum Zweck der Entfernung von niedermolekularen flüchtigen Komponenten oder auch mit einem Träger, der durch aktive chemische Reaktion Reaktivkomponenten selektiv bindet und damit entfernt bzw. in ungefährliche, nicht-toxische und/oder nicht umweltrelevante Stoffe überführt, gefüllt sind. Alternativ können derartige Einrichtungen auch beispielsweise getrennt ab- und zuschaltbare Patronen bzw. Aggregate oder Einheiten in Form eines oder mehrerer, gegebenenfalls hintereinanderschaltbarer, Kondensatoren sein, mit denen Komponenten, die mit dem Inertgas aus dem Reaktionssystem in den Gaskreislauf ausgeschleppt werden, von dem Inertgas (gegebenenfalls einzeln bzw. in Stufen) abgetrennt werden können. Auch Kombinationen derartiger Einrichtungen (also z.B. eine Trockenpatrone und ein oder mehrere Kondensator(en) sind erfmdungsgemäß möglich.The latter devices are shown in FIGS. 3A to 3D and can, for example (at 8a or 28a in FIGS. 1 and 2), be cartridges or units which can be switched on and off separately and which can be operated with means known per se for removing O 2 (e.g. with a molecular sieve) or to remove moisture (e.g. with a drying agent such as silica gel R ), with an adsorbent such as activated carbon e.g. for the purpose of removing low molecular weight volatile components or also with a carrier which selectively binds reactive components by active chemical reaction and removed or filled with harmless, non-toxic and / or non-environmentally relevant substances. Alternatively, such devices can also be, for example, cartridges or units or units in the form of one or more capacitors, which can be connected in series and can be switched on and off separately, with which components which are carried out with the inert gas from the reaction system into the gas circuit are separated from the inert gas ( if necessary, can be separated individually or in stages). Combinations of such devices (for example a drying cartridge and one or more condenser (s) are also possible according to the invention.
In einem solchen Schleifenreaktor wird erfindungsgemäß ein Inertgas im Gaskreislauf 8, 28 geführt und/oder behandelt, zum Eingreifen in die im Reaktorbehälter 1 ablaufende, durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion in den Reaktorbehälter 1 eingespeist und nach Eingriff in das Gleichgewicht der im Reaktorbehälter 1 ablaufenden Gleichge- wichtsreaktion aus dem Reaktorbehälter 1 in den Gaskreislauf 8, 28 abgezogen.In such a loop reactor, according to the invention, an inert gas is conducted and / or treated in the gas circuit 8, 28, for intervention in the reaction which takes place in the reactor vessel 1 and which is characterized by an equilibrium, is fed into the reactor vessel 1 and after intervention in the equilibrium of the equilibrium in the reactor vessel 1 - deducted weight reaction from the reactor vessel 1 in the gas circuit 8, 28.
Als Inertgase können eine Vielzahl von Gasen infrage kommen. Grundsätzlich sind alle Gase geeignet, die in der speziellen Reaktion inert sind, d.h. nicht mit einem der Reak- tionspartner in unerwünschter Weise reagieren. Im Sinne dieser allgemeinen Definition von Inertgas kann für eine spezielle Gleichgewichtsreaktion ein Gas verwendet werden, das unter den gegebenen Reaktionsbedingungen nicht mit einem der Reaktionspartner in unerwünschter Weise reagiert, jedoch in anderen Reaktionen oder unter anderen Reaktionsbedingungen nicht inert ist. Im Sinne einer möglichst universellen Verwendbarkeit werden jedoch erfindungsgemäß bevorzugt Stickstoff (N2), Argon (Ar), Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und sonstige inerte, bei den Reaktionsbedingungen gasförmige Stoffe als Inertgase verwendet. Auch Mischungen eines der genannten Gase mit einem oder mehreren anderen Inertgasen sind erfindungsgemäß verwendbar. Es ist einer der Vorteile der Erfindung, daß in dem geschlossenen System des Schleifenreaktors auch solche Inertgase im in- dustriellen Maßstab eingesetzt werden können, die sonst aus Kostengründen nicht infrage kommen, da das Reaktionssystem lediglich ein einziges Mal mit dem gewünschten Inertgas befüllt zu werden braucht und dieses im Gaskreislauf 8, 28 und im Gasraum über dem fluiden Reaktionsmedium im Kreislauf geführt und gegebenenfalls auch gereinigt und danach wieder in den Kreislauf zurückgeführt wird. Ein Verlust auch teurer Inertgase kann dadurch vermieden werden. Besonders bevorzugt wird jedoch als Inertgas Stickstoff verwendet, da er ubiquitär verfügbar ist, preiswert gewonnen werden kann und hinsichtlich seiner Eigenschaften, Einfluß auf Gleichgewichte zu nehmen, wirkungsvoll ist.A large number of gases can be considered as inert gases. In principle, all gases are suitable which are inert in the special reaction, ie which do not react in an undesirable manner with one of the reaction partners. In the sense of this general definition of inert gas, a gas can be used for a special equilibrium reaction which does not react undesirably with one of the reactants under the given reaction conditions, but which is not inert in other reactions or under other reaction conditions. In order to be as universal as possible, however, nitrogen (N 2 ), argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O) and other inert substances which are gaseous under the reaction conditions are preferably used as inert gases. Mixtures of one of the gases mentioned with one or more other inert gases can also be used according to the invention. It is one of the advantages of the invention that in the closed system of the loop reactor it is also possible to use inert gases on an industrial scale which are otherwise out of the question for reasons of cost, since the reaction system only has to be filled once with the desired inert gas and this in the gas circuit 8, 28 and in the gas space above the fluid reaction medium in the circuit and optionally also cleaned and then returned to the circuit. A loss of expensive inert gases can also be avoided. However, nitrogen is particularly preferably used as the inert gas, since it is available ubiquitously, can be obtained inexpensively and is effective in terms of its properties of influencing equilibria.
Das Inertgas wird im Gaskreislauf 8, 28 geführt und/oder behandelt. Die Führung im Gas- kreislauf 8, 28 kann also dazu dienen, das Inertgas für den späteren Eingriff in das Gleichgewicht der im Reaktionssystem ablaufenden Reaktion zu konditionieren. Eine derartige Konditionierung kann in bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Erhitzung, Abkühlung, Befreiung des Inertgases von unerwünschten Komponenten (z.B. Feuchtigkeit = Trocknung; Sauerstoff bzw. Luft = Entfernung von Sauer- stoff; andere gasförmige Begleitstoffe = Reinigung) oder Beaufschlagung des Inertgases mit erwünschten gasförmigen Stoffen liegen. Letzteres kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn der erwünschte gasförmige Stoff zur besseren Verteilung trotz Senkung seines Partialdrucks im System in das fluide Reaktionssystem eingetragen werden soll, um das Gleichgewicht im Sinne einer Verbesserung des Kontakts des gasförmigen Stoffes mit dem/den anderen Reaktionspartner(n) zu beeinflussen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Beaufschlagung des Inertgases mit einem erwünschten gasförmigen Stoff liegt in der gezielten Schaffung eines reduktiven oder oxidativen Milieus während einer ansonsten nicht redox-beeinflußten Reaktion. Dies kann beispielsweise erwünscht sein, um Neben- reaktionen zu vermeiden.The inert gas is guided and / or treated in the gas circuit 8, 28. The guidance in the gas circuit 8, 28 can thus serve to condition the inert gas for later intervention in the equilibrium of the reaction taking place in the reaction system. In preferred embodiments of the method according to the invention, such conditioning can be carried out by heating, cooling, freeing the inert gas from undesired components (for example moisture = drying; oxygen or air = removal of acid). material; other gaseous accompanying substances = cleaning) or exposure of the inert gas to the desired gaseous substances. The latter can be advantageous, for example, if the desired gaseous substance is to be introduced into the fluid reaction system for better distribution despite lowering its partial pressure in the system, in order to balance in the sense of improving the contact of the gaseous substance with the other reaction partner (s) to influence. Another advantageous embodiment of the application of a desired gaseous substance to the inert gas lies in the targeted creation of a reductive or oxidative environment during an otherwise non-redox-influenced reaction. This can be desirable, for example, in order to avoid side reactions.
Erfindungsgemäß wird das Inertgas aus dem separaten Gaskreislauf 8, 28, in dem es geführt und/oder behandelt wird, in den Reaktorbehälter 1 eingespeist, um in das im Reaktionsmedium herrschende Gleichgewicht einzugreifen bzw. um das Gleichgewicht im ge- wünschten Sinn zu beeinflussen. Dabei sind verschiedene Formen des Eingriffs bzw. der Einflußnahme möglich, die nachfolgend im einzelnen erläutert werden. Die Einspeisung des Inertgases kann dabei sowohl in den Gasraum über dem fluiden Reaktionsmedium oder direkt in das fluide Reaktionsmedium erfolgen. Im letztgenannten Fall kann das Inertgas beispielsweise über die Einrichtung 5, 25 zum Einspeisen des fluiden Reaktionsmediums in den Reaktorbehälter 1 eingespeist werden. Es sind jedoch auch andere Wege des Ein- speisens möglich, beispielsweise direkt in die Schleife 2, 22 oder an anderer Stelle in das umlaufende Reaktionsgut. Dies ist im Einzelfall der Wahl des Fachmanns auf diesem Gebiet überlassen.According to the invention, the inert gas from the separate gas circuit 8, 28, in which it is guided and / or treated, is fed into the reactor vessel 1 in order to intervene in the equilibrium prevailing in the reaction medium or to influence the equilibrium in the desired sense. Various forms of intervention or influence are possible, which are explained in detail below. The inert gas can be fed into the gas space above the fluid reaction medium or directly into the fluid reaction medium. In the latter case, the inert gas can, for example, be fed into the reactor vessel 1 via the device 5, 25 for feeding the fluid reaction medium. However, other ways of feeding in are also possible, for example directly into the loop 2, 22 or elsewhere into the circulating reaction material. In individual cases, this is left to the choice of the expert in this field.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens greift das Inertgas in der Weise in die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion im Reaktorbehälter 1 ein, daß das Inertgas die Reaktionsmischung von darin gelöstem Gas (oder auch unerwünschten niedermolekularen Bestandteilen, die sonst nur durch eine separate Trägerdampf-Destillation entfernt werden können) reinigt und dieses aus der Reaktionsmischung austrägt. Der Eingriff in das GleichgewichtIn a preferred embodiment of the process according to the invention, the inert gas intervenes in the reaction in the reactor vessel 1 characterized by an equilibrium in such a way that the inert gas dissolves the reaction mixture of gas dissolved therein (or else undesirable low molecular weight constituents which are otherwise only obtained by separate carrier steam distillation can be removed) and cleans this from the reaction mixture discharges. Interfering with the balance
Reaktionsmischung + darin gelöstes Gas *■» Reaktionsmischung + Gas ( t ) (3)Reaction mixture + gas dissolved therein * ■ »Reaction mixture + gas (t) (3)
führt dazu, daß eine von unerwünschten gasförmigen Komponenten befreite Reaktionsmischung entsteht. Dies kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn eine Reaktions- mischung keinen Sauerstoff enthalten darf, weil dieser die Reaktion stört, in eine unerwünschte Richtung lenkt oder eine der an der Reaktion beteiligten Komponenten hinsichtlich ihrer Wirkungsweise in der Reaktion beeinträchtigt. Eine derartige Befreiung des Reaktionsmediums von Sauerstoff wird beispielsweise vor der Reaktion durchgeführt zum Schutz von Reaktionsprodukten vor oxidativem Abbau (z.B. bei der Kondensation von hoch-ungesättigten Fettsäuren oder bei der Veresterung hoch-ungesättigter Verbindungen), zur Vermeidung der Bildung von niedermolekularen Nebenprodukten (z.B. bei Polymεrisa- tionsreaktionen) oder zum Schutz von Katalysatoren gegen Wirkungsverlust (z.B. zum Schutz von phosphoriger Säure gegen Oxidation zu Phosphorsäure bei der Veresterung von Sorbit zu Sorbitanestern). Dazu trägt man das Inertgas wie beispielsweise Stickstoff, das im Gaskreislauf 8, 28 geführt wird, bevorzugt direkt in das fluide Reaktionsgut ein. Das Inertgas durchläuft beispielsweise (aber nicht notwendigerweise) das Reaktionsgut unter hoher Turbulenz, beispielsweise in Form einer Vielzahl möglichst kleiner Blasen, und überlagert das Gleichgewicht (3) mit dem folgenden Gleichgewicht (4):leads to the formation of a reaction mixture freed from undesired gaseous components. This can be necessary, for example, when a reaction mixture must not contain oxygen because it interferes with the reaction, directs it in an undesirable direction or impairs one of the components involved in the reaction with regard to its mode of action in the reaction. Such removal of oxygen from the reaction medium is carried out, for example, before the reaction to protect reaction products from oxidative degradation (for example in the condensation of highly unsaturated fatty acids or in the esterification of highly unsaturated compounds), to avoid the formation of low molecular weight by-products (for example in the case of Polymerization reactions) or to protect catalysts against loss of activity (for example to protect phosphorous acid against oxidation to phosphoric acid in the esterification of sorbitol to sorbitan esters). For this purpose, the inert gas, such as nitrogen, which is conducted in the gas circuit 8, 28, is preferably introduced directly into the fluid reaction medium. The inert gas, for example (but not necessarily), passes through the reaction material under high turbulence, for example in the form of a large number of bubbles which are as small as possible, and superimposes the equilibrium (3) with the following equilibrium (4):
gelöstes Gas + N2 → gelöster N2 + Gas ( t ) (4)dissolved gas + N 2 → dissolved N 2 + gas (t) (4)
Das aus der Lösung durch eingetragenen Stickstoff "verdrängte" Gas wird mit überschüssi- gern Stickstoff aus der Reaktionsmischung und anschließend aus dem Reaktionsbehälter 1 ausgetragen, gelangt in den Gaskreislauf 8, 28 und wird dort im Zuge der Behandlung des Inertgases wieder vom Inertgas getrennt. Dabei kann die Behandlung der Inertgas-Sauerstoff-Mischung im Gaskreislauf nach dem Fachmann für eine solche Behandlung bekannten Verfahrensweisen durchgeführt werden. Eine solche Verfahrensweise kann - um ein Bei- spiel zu nennen - die Behandlung der Inertgas-Sauerstoff-Mischung mittels eines Molekularsiebes sein, das den Sauerstoff selektiv entfernt. Dieses ist vorteilhafterweise (aber nicht zwingend) in eine Patrone gefüllt, durch die das Gasgemisch zur Behandlung strömt. Andere Verfahrensweisen sind in gleicher Weise denkbar, um den Sauerstoff vom Inertgas zu trennen. Das Inertgas steht dann wieder für einen erneuten Zyklus der Entfernung von Sauerstoff zur Verfügung. Verluste an Inertgas treten nicht auf. Selbstverständlich kann auch in einem offenen System mit Stickstoff der Sauerstoff ausgespült werden, ohne den Stickstoff wieder in den Kreislauf zurückzuführen. Diese Ausführungsform ist jedoch gegenüber der vorher beschriebenen weniger bevorzugt.The gas "displaced" from the solution by nitrogen introduced is discharged with excess nitrogen from the reaction mixture and then from the reaction vessel 1, enters the gas circuit 8, 28 and is separated from the inert gas again in the course of the treatment of the inert gas. The treatment of the inert gas-oxygen mixture in the gas circuit can be carried out according to procedures known to those skilled in the art for such treatment. Such a procedure can - by an game - the treatment of the inert gas-oxygen mixture by means of a molecular sieve that removes the oxygen selectively. This is advantageously (but not necessarily) filled into a cartridge through which the gas mixture flows for treatment. Other procedures are conceivable in the same way to separate the oxygen from the inert gas. The inert gas is then available again for a new cycle of removing oxygen. There are no losses of inert gas. Of course, the oxygen can also be flushed out in an open system without returning the nitrogen back into the circuit. However, this embodiment is less preferred than that previously described.
Es ist eine weitere Ausprägung desselben Prinzips, in einem der eigentlichen Reaktion vorgelagerten Schritt durch gezielten Zusatz geringer Mengen eines reaktiven Gases die Reaktionsmischung so zu konditionieren, daß in der anschließenden Reaktion die Bildung unerwünschter Nebenprodukte verhindert wird. So können z.B. vor Reaktionen ungesättigter Roh- Fettsäuren oxidativ gebildete Zentren (Hydroperoxide, Peroxide und andere Zwischenstufen) durch Vorbehandlung mit H2 reduziert werden.It is a further embodiment of the same principle to condition the reaction mixture in a step upstream of the actual reaction by deliberately adding small amounts of a reactive gas such that the formation of undesired by-products is prevented in the subsequent reaction. For example, centers (hydroperoxides, peroxides and other intermediates) formed oxidatively before reactions of unsaturated fatty acids can be reduced by pretreatment with H 2 .
In gleicher Weise kann das Inertgas vor Beginn der Reaktion im Reaktionsbehälter dazu verwendet werden, Feuchtigkeit aus der für die Reaktion vorgesehenen Reaktionsmischung auszutreiben. Im Zuge dieses Eingriffs des Inertgases in das Lösungsgleichgewicht wird das Inertgas, beispielsweise Stickstoff, wie im vorstehend beschriebenen Fall in die Reaktionsmischung bevorzugt turbulent eingetragen, verdrängt das gelöste Wasser aus der Reaktionsmischung und schleppt dieses in den Gasraum über der Reaktionsmischung bzw. in den Gaskreislauf 8, 28 aus. Im Gaskreislauf wird das Inertgas dann in an sich bekannter Weise "getrocknet", d.h. das Wasser wird abgetrennt. Dies geschieht im Gaskreislauf in an sich bekannter Weise. Ein Beispiel für den Trocknungs Vorgang, der dann besonders bevorzugt ist, wenn geringe Mengen Wasser (Feuchtigkeit) durch das Inertgas ausgeschleppt werden, besteht darin, das feuchte Inertgas eine Patrone mit einem üblichen Trocknunge- mittel durchströmen zu lassen, beispielsweise eine Patrone mit SilicagelR. Bei größeren Wassermengen sind andere, dem Fachmann bekannte Verfahren wie das Ausfrieren von Wasser in einem in den Gaskreislauf eingeschalteten Kühler bevorzugt. Nach dem "Trocknen" steht das Inertgas für einen weiteren Zyklus zur Verfügung. Verluste an Inertgas treten nicht auf. Selbstverständlich kann auch in einem offenen System mit Stickstoff die Feuchtigkeit (das Wasser) ausgespült werden, ohne den Stickstoff wieder in den Kreislauf zurückzuführen. Diese Ausführungsform ist jedoch gegenüber der vorher beschriebenen weniger bevorzugt.In the same way, the inert gas can be used in the reaction vessel before the start of the reaction to drive off moisture from the reaction mixture intended for the reaction. In the course of this intervention of the inert gas into the solution equilibrium, the inert gas, for example nitrogen, is preferably introduced turbulently into the reaction mixture, as in the case described above, displaces the dissolved water from the reaction mixture and drags it into the gas space above the reaction mixture or into the gas circuit 8 , 28 out. In the gas circuit, the inert gas is then "dried" in a manner known per se, ie the water is separated off. This takes place in the gas circuit in a manner known per se. An example of the drying process, which is particularly preferred when small amounts of water (moisture) are carried out by the inert gas, is to let the moist inert gas flow through a cartridge with a customary drying agent, for example a cartridge with silica gel R. . For larger ones Amounts of water are preferred other methods known to those skilled in the art, such as freezing out water in a cooler connected to the gas circuit. After "drying", the inert gas is available for another cycle. There are no losses of inert gas. Of course, even in an open system with nitrogen, the moisture (the water) can be flushed out without returning the nitrogen back into the circuit. However, this embodiment is less preferred than that previously described.
Selbstverständlich ist es in dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Behandlung des Ga- ses im Gaskreislauf möglich, Einheiten zur Kondensation, Einheiten zur Adsorption, Einheiten zur Trocknung, Einheiten zum reaktiven Abreagieren von Reaktionskomponenten usw. in beliebiger (jedoch für die Verfahrensführung sinnvollen) Reihenfolge und Kombination hintereinanderzuschalten. Damit kann in vorteilhafter Weise der Abtrenngrad der bei der Behandlung im Gaskreislauf abzutrennenden Komponenten erhöht werden, was die Gesamteffizienz des Verfahrens verbessert. Noch weiter bevorzugt ist es, große Mengen an einem Gleichgewicht entzogenen und in den Gaskreislauf ausgeschleppten flüchtigen Komponenten kondensativ abzutrennen und danach kleinere (Rest-) Mengen adsorptiv oder durch chemische Reaktion abzutrennen.Of course, in the process according to the invention it is possible in the treatment of the gas in the gas circuit, units for condensation, units for adsorption, units for drying, units for reactive reaction of reaction components etc. in any order and combination (but useful for the process) to connect in series. The degree of separation of the components to be separated during treatment in the gas circuit can thus be increased in an advantageous manner, which improves the overall efficiency of the method. It is even more preferred to condensatively remove large amounts of volatile components which have been removed from an equilibrium and are carried into the gas circuit, and then to separate smaller (residual) amounts by adsorption or by chemical reaction.
Die gleiche Verfahrensweise, wie sie vorstehend beschrieben wurde, findet Anwendung, wenn aus dem Reaktionssystem bereits im Roh-Edukt vorliegende niedermolekulare Verunreinigungen entfernt werden sollen, die sich durch Alterung und/oder Zersetzung gebildet hatten. Diese müssen bei herkömmlicher Vorgehensweise mühsam durch eine Trägerdampfdestillation entfernt werden. Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Ver- fahren ermöglicht eine einfachere und schonendere Entfernung derartiger Verunreinigungen bereits im System, in dem die spätere Reaktion stattfindet.The same procedure as described above is used when low-molecular impurities which have already formed in the crude starting material and have formed as a result of aging and / or decomposition are to be removed from the reaction system. In the conventional procedure, these have to be laboriously removed by carrier steam distillation. The method on which the present invention is based enables a simpler and gentler removal of such contaminants already in the system in which the subsequent reaction takes place.
Eingriffe des Inertgases in das Lösungsgleichgewicht finden in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens auch dann statt, wenn eine mit einem Gas als Reaktionspartner stattfindende Gleichgewichtsreaktion durch Zufuhr eines Gas- Überschusses auf die Seite der Produkte verschoben wird. Nach der obigen Reaktion (4) kann der nicht umgesetzte Gas-Überschuß aus der Reaktionsmischung ausgetragen und damit bereits im Reaktionsgefäß eine schnelle, effiziente und vollständige Reinigung von überschüssigem gasförmigem Reaktionspartner erreicht werden. Dies spielt im industriellen Bereich beispielsweise bei batchartig geführten Verfahren eine Rolle, insbesondere bei Reaktionen mit umweltrelevanten, toxischen oder hochreaktiven Gasen. Beispiele hierfür sind Phosgenierungen, Carbonylierungsreaktionen oder Alkylierungen. Die durch das Inertgas ausgetragenen überschüssigen Reaktionspartner (z.B. COCl2, CO oder RC1) wer- den nach an sich bekannten Verfahren von dem Inertgas abgetrennt, z.B. reaktiv oder durch Adsorption oder Kondensation.Interference of the inert gas in the solution equilibrium also takes place in a further preferred embodiment of the method according to the invention when one with a Equilibrium reaction taking place as a reaction partner is shifted to the side of the products by supplying an excess of gas. After the above reaction (4), the unreacted excess gas can be discharged from the reaction mixture and thus a rapid, efficient and complete purification of excess gaseous reactant can be achieved in the reaction vessel. This plays a role in the industrial field, for example in batch-like processes, in particular in reactions with environmentally relevant, toxic or highly reactive gases. Examples include phosgenations, carbonylation reactions or alkylations. The excess reactants discharged by the inert gas (for example COCl 2 , CO or RC1) are separated from the inert gas by methods known per se, for example reactively or by adsorption or condensation.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens greift das Inertgas in der Weise in die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion im Reaktorbehälter 1 ein, daß das Inertgas der Reaktionsmischung einen gasförmigen Reaktionspartner zuführt. Dies kann in allen Fällen zu positiven Ergebnissen führen, in denen einer Reaktionsmischung gasförmige Reaktionspartner zugeführt werden müssen undIn a further preferred embodiment of the process according to the invention, the inert gas intervenes in the reaction in the reactor vessel 1 characterized by an equilibrium in such a way that the inert gas feeds a gaseous reactant to the reaction mixture. This can lead to positive results in all cases in which gaseous reactants have to be added to a reaction mixture
entweder eine beschleunigende oder bremsende Steuerung der Reaktion erwünscht ist; oder (gegebenenfalls auch im Hinblick auf eine Steuerung der Reaktion) ein bestimmter, beispielsweise niedriger Partialdruck des gasförmigen Reaktionspartners erwünscht ist; oder ein Gleichgewicht "sanft" und unter Vermeidung hoher Überschüsse eines gasförmigen Reaktionspartners zu den Produkten verschoben werden soll.either accelerating or braking control of the response is desired; or (possibly also with a view to controlling the reaction) a certain, for example low, partial pressure of the gaseous reaction partner is desired; or a balance should be "gently" shifted to the products while avoiding large excesses of a gaseous reactant.
Der letztgenannte, relativ häufige Eingriff in ein Gleichgewicht wird beispielsweise bei chemischen Reaktionen notwendig, die - natürlich unerwünscht - erst nach einer gewissen Inkubationszeit anlaufen ("anspringen"). Die Inkubationszeit wird dann, wenn das erfin- dungsgemäße Verfahren unter Eingriff in das Gleichgewicht zur Anwendung kommt, überraschenderweise verkürzt oder entschärft, wenn nicht sogar vermieden.The latter, relatively frequent intervention in an equilibrium is necessary, for example, in chemical reactions which - of course undesirable - only start up after a certain incubation period ("start"). The incubation period is then when the invention The method according to the invention, involving interference in equilibrium, is surprisingly shortened or defused, if not avoided.
Beispiele der oben genannten Reaktionen können alle unter Gasbeteiligung auf der Edukt- seite ablaufenden Gleichgewichtsreaktionen sein, beispielsweise Hydrierungen, Oxidations- reaktionen, Alkoxylierungsreaktionen, Nitrilierungen, Phosgenierungen, Halogenierungen Alkylierungen, Sulfierungen, Sulfatierungen etc.. Bei solchen Reaktionen kann es erwünscht sein, durch gemeinsamen Eintrag des Reaktionsgases mit dem Inertgas einen besseren Kontakt zwischen dem Reaktionsgas und dem bzw. den in der Reaktionsmischung bereits gelösten Reaktionspartner(n) herzustellen, eine zu schnelle Reaktion bei hochreaktiven gasförmigen Reaktionspartnern unter Vermeidung von Nebenreaktionen bei zu hoher Temperatur oder zu hoher Konzentration des Reaktionsgases durch "Verdünnung" des Reaktionsgases zu vermeiden, einen zu starken Überschuß eines Reaktionsgases aus wirtschaftlichen oder reaktionstechnischen Gründen zu vermeiden oder gesundheitsgefährdende oder gefährliche oder teure Reaktionsgase in die Reaktion nur bei niedrigen Partialdrücken, doch nicht minder effizient einzusetzen. Diesen Zielen trägt der Eintrag des Reaktionsgases mit dem Inertgas gemäß der Erfindung Rechnung.Examples of the above-mentioned reactions can all be equilibrium reactions taking place on the reactant side with gas participation, for example hydrogenations, oxidation reactions, alkoxylation reactions, nitrilization, phosgenation, halogenation, alkylation, sulfation, sulfation, etc. In such reactions it may be desirable, by common Entry of the reaction gas with the inert gas to produce better contact between the reaction gas and the reaction partner (s) already dissolved in the reaction mixture, a reaction which is too fast in the case of highly reactive gaseous reaction partners while avoiding side reactions at too high a temperature or too high a concentration of the reaction gas to avoid by "dilution" of the reaction gas, to avoid excessive excess of a reaction gas for economic or reaction-technical reasons or health-endangering or dangerous or expensive reaction gases in d The reaction can only be used at low partial pressures, but no less efficiently. The entry of the reaction gas with the inert gas according to the invention takes these goals into account.
Wesentliche Vorteile lassen sich insoweit erzielen, als die thermischen wie kinetischen und thermodynamischen Parameter der Reaktionsführung verbessert werden. Außerdem werden durch die "Verdünnung" des Reaktionsgases bei Erhaltung der Reaktivität in Bezug auf die flüssige Phase Nebenreaktionen unter Beteiligung des Reaktionsgases vermieden oder weitgehend unterdrückt. So sind u. a. die Bildung von Zersetzungsprodukten oder auch Kondensations- oder Umlagerungsreaktionen (Inaktivierung) vermeidbar.Significant advantages can be achieved in that the thermal, kinetic and thermodynamic parameters of the reaction are improved. In addition, by "diluting" the reaction gas while maintaining the reactivity with respect to the liquid phase, side reactions involving the reaction gas are avoided or largely suppressed. So are u. a. the formation of decomposition products or also condensation or rearrangement reactions (inactivation) can be avoided.
Es entspricht einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, daß der durch das Inertgas zugefuhrte gasförmige Reaktionspartner in durch das Auslaufen der Reaktion bedingtem niedrigem Partialdruck vorliegt. Dies spielt beispielsweise eine Rolle, wenn eine unter Beteiligung eines gasförmigen Reaktionspartners ablaufende Gleichgewichtsreaktion nicht abrupt abgebrochen wird, sondern nach Beendigung der Zufuhr des gasförmigen Reaktionspartners unter mehr oder weniger vollständiger Abreaktion des Gases zum Abschluß kommen soll, wie z.B. bei Alkoxylierungsreaktionen. Im Stand der Technik blieb regelmäßig eine bestimmte Gasmenge (Alkylenoxid) unumgesetzt in der Reaktions- mischung bzw. im Gasraum des Schleifenreaktors, wenn man die Reaktion nicht unwirtschaftlich lange weiterlaufen lassen wollte. Erfindungsgemäß kann unter Verwendung eines Inertgases wie N2 selbst bei am Ende der Reaktion zurückgehendem Partialdruck des gasförmigen Reaktionspartners ein vollständiges Abreagieren erreicht werden, und es muß kein Reaktionsgas abgelassen oder abgepumpt werden. Dadurch werden nicht nur separate Maßnahmen zur Vermeidung einer Gefährdung (Sicherheit, Gesundheit) der Umwelt vermieden (z.B. aufwendige Gaswäscher), sondern auch eine wirtschaftliche Verfahrensführung unter Ausnutzung der Ressourcen ermöglicht.It corresponds to a particularly preferred embodiment of the invention that the gaseous reactant supplied by the inert gas is present in a low partial pressure caused by the end of the reaction. This plays a role, for example, when an equilibrium reaction takes place with the participation of a gaseous reaction partner is not abruptly terminated, but is to come to an end after the supply of the gaseous reactant has ended, with more or less complete reaction of the gas, such as, for example, in the case of alkoxylation reactions. In the prior art, a certain amount of gas (alkylene oxide) regularly remained unconverted in the reaction mixture or in the gas space of the loop reactor if the reaction was not to be allowed to continue uneconomically for a long time. According to the invention, complete reaction can be achieved using an inert gas such as N 2, even if the partial pressure of the gaseous reactant decreases at the end of the reaction, and no reaction gas has to be discharged or pumped off. This not only avoids separate measures to avoid a hazard (safety, health) to the environment (e.g. complex gas scrubbers), but also enables economical process management using resources.
Eine große Anwendungsbreite im Sinne einer Beeinflussung von Gleichgewichtsreaktionen ergibt sich in der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform, in der das Inertgas in der Weise in die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion im Reaktorbehälter 1 eingreift, daß das Inertgas der Reaktionsmischung einen flüchtigen Reaktionspartner entzieht. Dabei ist besonders bevorzugt, daß der Entzug des flüchtigen Reaktionspartners durch das Inertgas während des Verlaufs der Reaktion erfolgt und der durch das Inertgas der Reaktionsmischung entzogene Reaktionspartner ein im Verlauf der Reaktion entstehendes Produkt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion ist. So kann beispielsweise bei der oben durch Gleichung (1) wiedergegebenen Veresterungsreaktion das flüchtige Reaktionsprodukt Wasser durch ein Inertgas aus dem Gleichgewicht ausgetragen werden. Damit wird das Gleichgewicht der Veresterungsreaktion ohne Temperaturbelastung und ohne Einsatz von Edukt-Überschuß wirksam auf die Produktseite verschoben. Das Wasser wird in einfacher Weise aus der Reaktionsmischung ausgetragen und in den Gaskreislauf ausgeschleppt. Dort läßt es sich problemlos auf an sich bekannte Weise von dem Inertgas abtrennen, das danach für einen erneuten Entwässerungszyklus zur Verfügung steht. Es treten keine Verluste an Inertgas auf. In analoger Weise kann im Verlauf der durch die obige Reaktionsgleichung (2) wiedergegebenen Umesterungsreaktion der als Produkt entstehende Alkohol R4O-H als flüchtiges Produkt aus der Reaktionsmischung ausgetragen und damit das Gleichgewicht der Umesterungsreaktion gewünschtenfalls auf die Produktseite verschoben werden. Die Abtrennung des Alkohols von dem Inertgas im Zuge der Behandlung des Inertgases im Gaskreislauf 8, 28 ist genauso unproblematisch (und an sich bekannt) wie die Abtrennung von Wasser nach der Veresterungsreaktion. Letzten Endes wird wieder reines Inertgas für einen erneuten Zyklus erhalten.A wide range of applications in terms of influencing equilibrium reactions results in the preferred embodiment according to the invention, in which the inert gas intervenes in the reaction characterized by equilibrium in the reactor vessel 1 in such a way that the inert gas withdraws a volatile reaction partner from the reaction mixture. It is particularly preferred that the volatile reaction partner is withdrawn by the inert gas during the course of the reaction and that the reaction partner withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is a product of the reaction characterized by an equilibrium in the course of the reaction. For example, in the esterification reaction represented by equation (1) above, the volatile reaction product water can be removed from the equilibrium by an inert gas. This effectively shifts the balance of the esterification reaction to the product side without thermal stress and without the use of excess educt. The water is simply removed from the reaction mixture and dragged into the gas circuit. There it can be easily separated from the inert gas in a manner known per se, which is then available for a new dewatering cycle. There are no losses of inert gas. In an analogous manner, in the course of the transesterification reaction represented by the above reaction equation (2), the alcohol R 4 OH formed as product can be discharged as a volatile product from the reaction mixture and the balance of the transesterification reaction can thus be shifted to the product side if desired. The separation of the alcohol from the inert gas in the course of the treatment of the inert gas in the gas circuit 8, 28 is just as unproblematic (and known per se) as the separation of water after the esterification reaction. In the end, pure inert gas is obtained again for a new cycle.
Auch das Gleichgewicht einer gerichteten Umesterung nach der Reaktionsgleichung (5)Also the equilibrium of a directed transesterification according to the reaction equation (5)
R6CO-OR7 + R8CO-OR9 ** R6CO-OR9 ( t ) + R8CO-OR7 (5)R 6 CO-OR 7 + R 8 CO-OR 9 ** R 6 CO-OR 9 (t) + R 8 CO-OR 7 (5)
kann während des Verlaufs der Reaktion durch Zugabe eines Inertgases in Richtung auf die Produkte verschoben werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das Reaktionsprodukt R6CO-OR9 aufgrund der Länge der Alkylketten der Reste R6 und R9 flüchtig ist und damit durch das Inertgas ausgetragen werden kann. Technisch spielt dies beispielsweise eine Rolle bei der Umesterung von Kokosfett zur Erhöhung von dessen Schmelzpunkt: Dabei werden Ester relativ langkettiger Fettsäuren mit Kokosfett umgesetzt und langkettige Acylreste in das Fett eingeestert. Hierbei werden naturgemäß kürzerkettige Fettsäuren in Form ihrer Ester frei. Das Gleichgewicht der Reaktion läßt sich durch Abtreiben der relativ kurzkettigen Ester auf die Produktseite verschieben. Das Inertgas trägt die Ester der relativ kürzerkettigen Fettsäuren in den Gaskreislauf aus, wo sie bei der Behandlung des Inertgases abgetrennt werden. Das Inertgas steht anschließend für einen weiteren Zyklus zur Verfügung.can be shifted towards the products during the course of the reaction by adding an inert gas. This is possible in particular if the reaction product R 6 CO-OR 9 is volatile due to the length of the alkyl chains of the radicals R 6 and R 9 and can therefore be discharged through the inert gas. Technically, this plays a role in the transesterification of coconut fat to increase its melting point: Here, esters of relatively long-chain fatty acids are reacted with coconut fat and long-chain acyl residues are esterified in the fat. Naturally, shorter-chain fatty acids are released in the form of their esters. The equilibrium of the reaction can be shifted to the product side by driving off the relatively short-chain esters. The inert gas carries the esters of the relatively short-chain fatty acids into the gas cycle, where they are separated off during the treatment of the inert gas. The inert gas is then available for another cycle.
Die prinzipiell gleiche Reaktion findet statt bei der Umesterung von Triglyceriden mit nichtflüchtigen Fettsäuren oder der Umesterung von Polyalkoholen mit Methylestern: Auch bei diesen Reaktionen läßt sich das Gleichgewicht bei Ausschleusen der gebildeten flüchtigen Fettsäuren bzw. des Methanols auf die Seite der Produkte verschieben.The reaction, which is basically the same, takes place in the transesterification of triglycerides with non-volatile fatty acids or the transesterification of polyalcohols with methyl esters: even in these reactions, the equilibrium can be eliminated when the formed ones are discharged move volatile fatty acids or methanol to the side of the products.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens greift das Inertgas in der Weise unter Entzug eines flüchtigen Reaktionspartners in ein Reaktions- gleichgewicht ein, daß der Eingriff nach vollständigem Ablauf der Reaktion erfolgt und entweder der durch das Inertgas der Reaktionsmischung entzogene Reaktionspartner ein im Überschuß eingesetztes Edukt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion ist oder der durch das Inertgas der Reaktionsmischung entzogene Reaktionspartner ein im Verlauf der Reaktion entstandenes Produkt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion ist oder alternativ dazu ein Reaktionspartner ein im Überschuß eingesetztes Edukt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion ist und ein anderer ein im Verlauf der Reaktion entstandenes Produkt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion ist.In further preferred embodiments of the process according to the invention, the inert gas engages in a reaction equilibrium with the withdrawal of a volatile reaction partner such that the intervention takes place after the reaction has ended completely and either the reactant withdrawn by the inert gas from the reaction mixture or an reactant used in excess is a reaction characterized by an equilibrium or the reactant withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is a product formed in the course of the reaction, the reaction characterized by an equilibrium, or alternatively a reactant is an educt used in excess, the reaction characterized by an equilibrium, and another Product formed in the course of the reaction is the reaction characterized by equilibrium.
Ein Beispiel für den ersten Fall (der durch das Inertgas der Reaktionsmischung entzogene Reaktionspartner ist ein im Überschuß eingesetztes Edukt der Reaktion) ist die Desodorie- rung der Reaktionsmischung nach der Umsetzung von Glycerin und unter Verfahrensbedingungen entfernbarer, gegebenenfalls kurzkettiger Fettsäure zu Triglyceriden nach der Gleichung (6)An example of the first case (the reactant withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is an educt of the reaction used in excess) is the deodorization of the reaction mixture after the conversion of glycerol and, if appropriate, short-chain fatty acid to triglycerides which can be removed under process conditions according to the equation ( 6)
Glycerin + 3 R10CO-OH Triglycerid + 3 H2O (6)Glycerin + 3 R 10 CO-OH triglyceride + 3 H 2 O (6)
Da schon geringe Mengen nicht umgesetzter, stark riechender Fettsäure zu einer erheblichen Geruchs- und Geschmacksbeeinträchtigung des Produktes führen, ist eine Desodorie- rung der Produktmischung nach Abschluß der Reaktion essentiell. Aus der Produktmischung kann die relativ flüchtige Fettsäure durch Einsatz eines Inertgases problemlos ausgetrieben werden, wodurch eine Desodorierung des Produktes im industriellen Maßstab ohne aufwendige Zusatzschritte schnell und effizient durchgeführt werden kann. Ebenso kann bei Einsatz eines Überschusses Glycerin dieser Überschuß nach Abreaktion der Fett- säure entfernt werden. Gegebenenfalls werden überschüssige Edukte wieder in den Kreislauf zurückgeführt.Since even small amounts of unreacted, strong-smelling fatty acid lead to a considerable impairment of the smell and taste of the product, it is essential to deodorize the product mixture after the reaction has ended. The relatively volatile fatty acid can be easily expelled from the product mixture by using an inert gas, as a result of which deodorization of the product can be carried out quickly and efficiently on an industrial scale without complex additional steps. Likewise, if an excess of glycerol is used, this excess after the fat has reacted acid can be removed. If necessary, excess educts are returned to the cycle.
Beispiele für den zweiten Fall (der durch das Inertgas der Reaktionsmischung entzogene Reaktionspartner ist ein im Verlauf der Reaktion entstandenes Produkt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion) sind die nach der obigen Gleichung (1) ablaufende Veresterung oder die nach der obigen Gleichung (2) ablaufende Umesterung: Mit Hilfe eines Trägergases wie Stickstoff wird der gewünschte Ester (R'CO-OR2 im Fall der Reaktion (1); R3CO-OR5 im Fall der Reaktion (2)), soweit dieser flüchtig ist, aus der Produktmischung abgetrennt und damit ein reines, von Nebenprodukten und/oder Edukten freies Produkt in einem Schritt erhalten. Das Produkt wird bei der Behandlung des Inertgases auf an sich bekannte Weise restlos von dem Inertgas abgetrennt und letzten Endes wieder ein reines, für einen neuen Trennzyklus geeignetes Inertgas erhalten.Examples of the second case (the reactant withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is a product of the reaction characterized by an equilibrium in the course of the reaction) are the esterification which proceeds according to equation (1) above or that which proceeds according to equation (2) above Transesterification: With the aid of a carrier gas such as nitrogen, the desired ester (R'CO-OR 2 in the case of reaction (1); R 3 CO-OR 5 in the case of reaction (2)), as far as this is volatile, is obtained from the product mixture separated and thus obtain a pure product free of by-products and / or starting materials in one step. During the treatment of the inert gas, the product is completely separated from the inert gas in a manner known per se and, in the end, a pure inert gas suitable for a new separation cycle is obtained again.
Beispiele für den dritten Fall (ein Reaktionspartner ist ein im Überschuß eingesetztes Edukt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion und ein anderer ist ein im Verlauf der Reaktion entstandenes Produkt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion) sind die Anreicherung von Produkten eines bestimmten Alkoxylierungsgrades bei der Alkoxylierung von beispielsweise Fettalkoholen und die Reinigung der durch Umsetzung von Glycerin und beispielsweise Fettsäuremethylestern entstehenden Triglyceride: Bei der Alkoxylierung können nach Abschluß der Reaktion die relativ flüchtigen Reaktionspartner Fettalkohol (Edukt) und niedrig alkoxylierte Fettalkohole (Produkte) durch Eingriff eines Inertgases in das Lösungsgleichgewicht von den höher alkoxylierten Fettalkoholen (Produkte) abgetrennt und damit die gewünschten Produkte in relativ hoher Ausbeute und Rein- heit erhalten werden. Die mit dem Inertgas abgezogenen Substanzen werden im Inertgas- Behandlungsschritt leicht wieder abgetrennt. In vergleichbarer Weise lassen sich bei der Triglycerid-Herstellung eingesetzter Fettsäuremethylester (Edukt) wie auch entstandenes Methanol (Produkt), gegebenenfalls entstandene Partialester des Glycerins (Monoester oder Diester) bzw. entstandener Methy lether (Nebenprodukt) als leichter flüchtige Bestandteile der Reaktionsmischung nach Abschluß der Reaktion abtrennen.Examples of the third case (one reactant is an educt of the reaction characterized by an equilibrium and another is a product of the reaction characterized by an equilibrium formed in the course of the reaction) are the enrichment of products of a certain degree of alkoxylation in the alkoxylation of For example, fatty alcohols and the purification of the triglycerides resulting from the reaction of glycerol and, for example, fatty acid methyl esters: in the alkoxylation, after the reaction has ended, the relatively volatile reactants fatty alcohol (educt) and low-alkoxylated fatty alcohols (products) can be removed from the more alkoxylated by the intervention of an inert gas in the solution equilibrium Fatty alcohols (products) are separated off and the desired products are obtained in relatively high yield and purity. The substances drawn off with the inert gas are easily separated off again in the inert gas treatment step. In a comparable manner, fatty acid methyl esters (educt) used in the production of triglycerides, as well as methanol (product), any partial esters of glycerol (monoesters or diesters) or methyl ether (by-product) formed can be used as more volatile components separate the reaction mixture after completion of the reaction.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet das vorstehend beschriebene Prinzip Anwendung bei der Desodorierung von Nahrungsmittelfetten bzw. - ölen. Diese waren im Stand der Technik in Kaskaden unter Vakuum (ca. 1,33 mbar) bei Temperaturen bis zu 270 °C im Gegenstrom gegen Wasserdampf behandelt worden, um unerwünschte Nebenprodukte mit einem Molekulargewicht unter dem der Fette bzw. Öle auszutreiben. Gleichzeitig erfolgte auch zum Teil eine Zersetzung von Farbkörpern und Epoxiden bzw. Hydroperoxiden aus der chemischen Bleichung bzw. adsorptiven Bleichung mittels Bleicherden und deren anschließende Entfernung. Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Beseitigung der Nebenprodukte, d.h. eine Bleichung und anschließende Desodorierung, im Schleifenreaktor mittels Eintrag von H2 mit N2 und gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators und anschließend unter Eintrag von N2 zur Ausschleusung der Nebenprodukte in den Gaskreislauf (gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserdampf zur Verbesserung der Abtrennwirkung). Der Stickstoff trägt die leicht flüchtigen Geruchsbildner in den Gaskreislauf aus, wo sie auf dem Fachmann bekannte Weise, beispielsweise adsorptiv unter Einschaltung einer ein Adsorptionsmittel enthaltenden Patrone, vom "Schleppgas" abgetrennt werden. Eine derartige Desodorierung bietet sich insbesondere nach der industrieüblichen Hydrierung von Speisefetten bzw. -ölen an, die ebenfalls im Schleifenreaktor mit Vorteil durchgeführt werden kann, wobei das erfmdungsgemäße Verfahren die im Rahmen der Beschreibung aufgezeigten Vorteile mit sich bringt. Besonders vorteilhaft ist, daß bisher verwendete Anlagen dazu nur mit dem außerhalb des Reaktorsystems liegenden Gaskreislauf nachgerüstet zu werden brauchen.In a particularly preferred embodiment of the invention, the principle described above is used in the deodorization of food fats or oils. In the prior art, these were treated in cascades under vacuum (approx. 1.33 mbar) at temperatures up to 270 ° C. in countercurrent against water vapor in order to drive out undesired by-products with a molecular weight below that of the fats or oils. At the same time, color bodies and epoxides or hydroperoxides from chemical bleaching or adsorptive bleaching were also partially decomposed by means of bleaching earth and their subsequent removal. In the process according to the invention, the by-products are eliminated, that is to say bleaching and subsequent deodorization, in the loop reactor by introducing H 2 with N 2 and, if appropriate, in the presence of a catalyst and then introducing N 2 to discharge the by-products into the gas cycle (optionally with addition of water vapor to improve the separation effect). The nitrogen discharges the volatile odorants into the gas cycle, where they are separated from the "entraining gas" in a manner known to those skilled in the art, for example by adsorption using a cartridge containing an adsorbent. Such a deodorization is particularly useful after the hydrogenation of edible fats or oils customary in industry, which can also be carried out with advantage in the loop reactor, the process according to the invention having the advantages indicated in the description. It is particularly advantageous that plants previously used only need to be retrofitted with the gas circuit lying outside the reactor system.
Die letztgenannten Reaktionen werden - wie beschrieben - regelmäßig nach Abschluß der Reaktion durchgeführt, und zwar meist schon deswegen, weil der Gehalt an Edukt während der Reaktion benötigt wird, um das Gleichgewicht nicht unerwünschtermaßen wieder in Richtung auf die Edukte zu verschieben. Es ist jedoch auch im Einzelfall möglich, die Abtrennung der Edukte und/oder Abtrennung der entstandenen Reaktionsprodukte bereits im Verlauf des Verfahrens durchzuführen, wenn sich damit für die Lage des Gleichgewichts oder für andere Merkmale der Reaktion Vorteile ergeben.The last-mentioned reactions are - as described - carried out regularly after completion of the reaction, mostly because the educt content is required during the reaction in order not to undesirably shift the equilibrium back towards the educts. However, it is also possible in individual cases to separate the starting materials and / or separate the reaction products formed to be carried out in the course of the method if there are advantages for the position of the equilibrium or for other characteristics of the reaction.
Es entspricht einer weiteren, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugten Ausführungsform, mit Hilfe des Inertgases eine bestimmte Gasatmosphäre über der Reaktionsmischung und damit auch in der Reaktionsmischung einzustellen und damit den Ablauf von Reaktionen zu begünstigen. Dies kann beispielsweise von Bedeutung sein bei der Behandlung von natürlichen Fetten vor chemischen Reaktionen: Im Fett durch die Lageroder Transportbedingungen vorhandene reduzierbare Zentren (Epoxid-Gruppen; Hydroper- oxid-Gruppen) können zur Vorbehandlung durch Eintrag von H2 reduziert werden. Dazu wird ein Inertgas als Träger bzw. Medium zum Eingriff in das Lösungs- und Reaktionsgleichgewicht verwendet. Die Effizienz der Reaktion wird deutlich verbessert, und die Folgereaktionen laufen unter vollständigem Erhalt des gewünschten Fettproduktes ab.It corresponds to a further embodiment which is preferred within the scope of the method according to the invention to use the inert gas to set a certain gas atmosphere above the reaction mixture and thus also in the reaction mixture and thus to favor the course of reactions. This can be important, for example, in the treatment of natural fats before chemical reactions: reducible centers (epoxy groups; hydroperoxide groups) present in the fat due to storage or transport conditions can be reduced for pretreatment by introducing H 2 . An inert gas is used as a carrier or medium to intervene in the solution and reaction equilibrium. The efficiency of the reaction is significantly improved, and the subsequent reactions proceed with complete retention of the desired fat product.
Die Einstellung reduzierender Bedingungen ist auch bei der Veresterung von Sorbit zu Sorbitanestern erwünscht: Für diese (im wesentlichen nach Gleichung (1) ablaufende) Reaktion werden Katalysatoren (phosphorige Säure und deren Salze) gewählt, die reduzierende Eigenschaften haben, um die Bildung von die Qualität der Produkte beeinträchtigenden farbgebenden Nebenprodukten zu verhindern. Setzt man übliche Veresterungskatalysatoren unter reduzierenden Bedingungen ein (H2-Eintrag in die Reaktionsmischung mittels des inerten Trägergases N2), wird die Bildung von Nebenprodukten, insbesondere von farbgebenden und geruchsbildenden Substanzen, weitgehend unterdrückt.The setting of reducing conditions is also desirable in the esterification of sorbitol to sorbitan esters: for this reaction (which proceeds essentially according to equation (1)), catalysts (phosphorous acid and its salts) are selected which have reducing properties in order to ensure the formation of the quality to prevent the coloring by-products which impair the products. If conventional esterification catalysts are used under reducing conditions (H 2 introduction into the reaction mixture by means of the inert carrier gas N 2 ), the formation of by-products, in particular of color-imparting and odor-forming substances, is largely suppressed.
In allen genannten Beispielen läßt sich das jeweilige Gleichgewicht in einfacher und effi- zienter Weise durch den Eingriff eines Inertgases zugunsten des gewünschten Ablaufs der Reaktion verschieben. Das Inertgas nimmt an der Reaktion nicht teil und läßt sich durch einfache Verfahrensschritte vollständig zurückgewinnen; es wird also nicht verbraucht, was auch den Einsatz teurer Inertgase ermöglicht. Der Verschiebung des jeweiligen Gleichgewichts werden keine physikalischen oder chemischen Kräfte entgegengesetzt. Die ge- wünschten Reaktionsprodukte werden in hoher Ausbeute und Reinheit gewonnen. Außerdem kann in katalysierten Systemen die Katalysatormenge drastisch, teilweise auf 1/10 der im Stand der Technik verwendeten Menge, reduziert werden, was nicht nur eine erhebliche Kosteneinsparung beim Katalysator- Verbrauch mit sich bringt, sondern auch die Probleme bei der Abtrennung das Katalysators erheblich verringert.In all of the examples mentioned, the respective equilibrium can be shifted in a simple and efficient manner by the intervention of an inert gas in favor of the desired course of the reaction. The inert gas does not take part in the reaction and can be completely recovered by simple process steps; it is therefore not consumed, which also enables the use of expensive inert gases. No physical or chemical forces are opposed to shifting the respective equilibrium. The GE- Desired reaction products are obtained in high yield and purity. In addition, in catalyzed systems, the amount of catalyst can be drastically reduced, sometimes to 1/10 of the amount used in the prior art, which not only brings about a considerable cost saving in catalyst consumption, but also significantly reduces the problems with separating the catalyst .
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.The invention is illustrated by the following examples, without being restricted to these.
Beispiel 1example 1
Herstellung eines Caprylsäure-Caprinsäure-Triglycerids aus den entsprechenden MethylesternPreparation of a caprylic acid-capric acid triglyceride from the corresponding methyl esters
In einen Schleifenreaktor gemäß der beigefügten Figur 1 A mit einem Reaktorfüllvolumen von 65 1 und mit einem Gaskreislauf, in dem sich jeweils zuschaltbar Einheiten zur Entfernung von Sauerstoff, zur Trocknung, zum Abreagieren reaktiver Komponenten und zur Kondensation befanden und der im Flüssigkeitskreislauf eine gegebenenfalls zuschaltbare Filtrationseinheit 6 umfaßte, wurden 40 kg (231 Mol) eines Caprylsäuremethylester- Caprinsäuremethylester-Gemischs (Gewichtsteile C8 : C10 = 1 : 1) und 6,07 kg (66 Mol) Glycerin eingefüllt. Der Reaktor wurde sodann mit N2 gespült und gefüllt, und die Temperatur wurde danach auf 60 °C eingestellt.In a loop reactor according to the attached FIG. 1A with a reactor filling volume of 65 liters and with a gas circuit, in which there were switchable units for removing oxygen, for drying, for reacting reactive components and for condensation, and in the liquid circuit there was an optionally switchable filtration unit 6, 40 kg (231 mol) of a caprylic acid methyl ester-capric acid methyl ester mixture (parts by weight C 8 : C 10 = 1: 1) and 6.07 kg (66 mol) glycerol were introduced. The reactor was then purged and filled with N 2 and the temperature was then adjusted to 60 ° C.
Während eines 15 min dauernden Reinigungsschrittes wurde unter Umpumpen der Flüssigphase mit einer Umwälzleistung von ca. 3,6 m3/h der Gaskreislauf betrieben und nachein- ander zuerst die Trocknungseinheit und dann die Einheit zur Entfernung von Sauerstoff zugeschaltet. Die Strömungsgeschwindigkeit am Austrag des Strahlsaugers lag in der Größenordnung 17 m/s.During a cleaning step lasting 15 minutes, the gas circuit was operated while pumping around the liquid phase with a circulating capacity of about 3.6 m 3 / h, and the drying unit and then the unit for removing oxygen were connected one after the other. The flow velocity at the discharge of the jet suction was around 17 m / s.
Nach Beendigung des Reinigungsschrittes wurde dem Gaskreislauf die Kondensationsein- heit zugeschaltet, während die Trocknungseinheit und die Einheit zur Entfernung von Sauerstoff nach der Vorbehandlung abgeschaltet wurden. Der Reaktionsmischung wurden 0,46 kg 50 %iges methanollösliches inertisiertes Kaliummethylat als Umesterungskatalysa- tor zugesetzt, und die Temperatur wurde auf die Reaktionstemperatur von 100 °C angeho- ben.After completing the cleaning step, the condensation was unit was switched on while the drying unit and the unit for removing oxygen were switched off after the pretreatment. 0.46 kg of 50% methanol-soluble inertized potassium methylate was added to the reaction mixture as the transesterification catalyst, and the temperature was raised to the reaction temperature of 100.degree.
Die Umesterung wurde für die Zeit von 30 min bei 100 °C durchgeführt. Während dieser Zeit wurde das sich bildende Methanol kontinuierlich in den Gaskreislauf ausgeschleust und in der Kondensationseinheit bei 0 °C kondensiert.The transesterification was carried out at 100 ° C. for 30 minutes. During this time, the methanol formed was continuously discharged into the gas circuit and condensed in the condensation unit at 0 ° C.
Sobald im Verlauf der Reaktion kein MeOH mehr ausgetragen wurde, wurden dem Reaktor 800 g kristalline Citronensäure zugeführt. Diese wurde nach 10 min Umwälzung in der Reaktionsmischung über die dem Flüssigkrεis zuschaltbarε Filtrationseinheit als K-Citrat entfernt.As soon as no more MeOH was discharged in the course of the reaction, 800 g of crystalline citric acid were fed to the reactor. After circulation for 10 minutes in the reaction mixture, this was removed as K-citrate via the filtration unit which can be connected to the liquid crystal.
Die Reaktionsmischung, bestehend aus dem gebildeten Triglycerid, überschüssigen Methylestern und niedermolekularen Verunreinigungen, nicht umgesetzten Edukten, und gebildeten Nebenprodukten, wurde auf 200 °C erwärmt. Durch Betreiben des Gaskreislaufs wurden - abgesehen von dem gewünschten Triglycerid - alle anderen genannten Komponenten, die ein niedrigeres Molekulargewicht als das Triglycerid hatten, in den Gaskreislauf ausgeschleust und durch Kondensation in der Kondensationseinheit vom Stickstoff einzeln abgetrennt.The reaction mixture, consisting of the triglyceride formed, excess methyl esters and low molecular weight impurities, unreacted starting materials and by-products formed, was heated to 200.degree. By operating the gas circuit, apart from the desired triglyceride, all other components mentioned, which had a lower molecular weight than the triglyceride, were discharged into the gas circuit and separated from the nitrogen individually by condensation in the condensation unit.
Das nach Kühlung erhaltene Triglycerid (32 kg) war ausweislich einer dünnschichtchroma- tographischen Prüfung frei von Nebenprodukten, insbesondere von Methylester, Partialgly- ceriden und freien Fettsäuren. Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 2 Herstellung von Sorbitanestern unter reduzierenden BedingungenAccording to a thin-layer chromatographic test, the triglyceride (32 kg) obtained after cooling was free of by-products, in particular of methyl esters, partial glycerides and free fatty acids. Comparative Example 1 and Example 2 Preparation of sorbitan esters under reducing conditions
In den in Beispiel 1 beschriebenen Schleifenreaktor wurden 17,5 kg Sorbit (70 % in H2O) und 27,7 kg Ölsäure zusammen mit 0,3 kg NaOH (50 %ig in H2O) und 0,13 kg kristalliner phosphoriger Säure gegeben. Nach Spülen und Inertisieren mit reinem Stickstoff wurde die Reaktion über die Zeit von 1 h bei 180 °C und dann über die Zeit von 2 h bei 240 °C durchgeführt. Dabei wurden kontinuierlich das Lösungswasser und das Reaktionswasser mit reinem Stickstoff in den Gaskreislauf ausgeschleust, dem zwei bei unterschiedlicher Temperatur betriebene Kondensatoren zugeschaltet worden waren. Im ersten Kondensator (110 °C) wurde die übergetriebene Fettsäure abgeschieden; im zweiten Kondensator (10°C) wurde das Wasser abgeschieden. Die so zurückgewonnene Fettsäure wurde dem Reaktor 1 h vor Beendigung der Reaktion wieder zugeführt. Der erhaltene Sorbitanester hatte eine OHZ von 205 bis 208 und eine Farbe von 10 Hess-Ives.In the loop reactor described in Example 1, 17.5 kg sorbitol (70% in H 2 O) and 27.7 kg oleic acid together with 0.3 kg NaOH (50% in H 2 O) and 0.13 kg crystalline phosphorous Given acid. After purging and inerting with pure nitrogen, the reaction was carried out at 180 ° C. for 1 h and then at 240 ° C. for 2 h. The solution water and the water of reaction were continuously discharged with pure nitrogen into the gas circuit, to which two condensers operated at different temperatures were connected. The exaggerated fatty acid was separated in the first condenser (110 ° C); the water was separated in the second condenser (10 ° C). The fatty acid thus recovered was returned to the reactor 1 hour before the reaction was completed. The sorbitan ester obtained had an OHZ of 205 to 208 and a color of 10 Hess-Ives.
Die vorstehend beschriebene Umsetzung wurde wiederholt, mit dem Unterschied, daß dem im Kreislauf geführten Stickstoff Wasserstoff (Partialdruck: 0,1 bar) zugesetzt wurde. Der erhaltene Sorbitanester hatte eine OHZ von 205 bis 208 und eine Farbe von 5 Hess-Ives.The reaction described above was repeated, with the difference that hydrogen (partial pressure: 0.1 bar) was added to the recycled nitrogen. The sorbitan ester obtained had an OHZ of 205 to 208 and a color of 5 Hess-Ives.
Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 2Example 3 and Comparative Example 2
Herstellung von Kokosfettsäuredirnethylaminopropylamid (Entfernung von Sauerstoff)Production of coconut fatty acid dimethylaminopropylamide (removal of oxygen)
In den in Beispiel 1 angegebenen Schleifenreaktor wurden 33 kg Kokosfett und 18 kg Di- methylaminopropylamin gefüllt. Aus dem Gemisch wurde bei 90 °C über den Gaskreislauf mittels Stickstoff der Sauerstoff entfernt.33 kg of coconut fat and 18 kg of dimethylaminopropylamine were filled into the loop reactor specified in Example 1. The oxygen was removed from the mixture at 90 ° C. via the gas circuit using nitrogen.
Die anschließende Umsetzung zu Kokosfettsäuredimethylaminopropylamid wurde bei 180°C über die Zeit von 1 h ohne Nutzung der Kondensationseinheit durchgeführt. Das er- haltene rohe Amid hatte eine Farbzahl von deutlich unter 100 Hazen.The subsequent conversion to coconut fatty acid dimethylaminopropylamide was carried out at 180 ° C. over a period of 1 h without using the condensation unit. The Raw amide held had a color number well below 100 Hazen.
Die vorstehend beschriebene Umsetzung wurde wiederholt, mit der Abwandlung, daß der Sauerstoff aus der Eduktmischung nicht entfernt wurde. Das Produkt hatte eine Farbzahl von etwa 500 Hazen.The reaction described above was repeated, with the modification that the oxygen was not removed from the starting material mixture. The product had a color number of about 500 Hazen.
Beispiel 4 Trocknung einer Reaktions-EduktmischungExample 4 Drying of a Reactant Mixture
In dem in Beispiel 1 angegebenen Schleifenreaktor wurden 40 kg C12/14-Fettalkohol und 24 g KOH (50 %ig in H2O) bei einer Temperatur von 140 °C unter N2-Umlauf 30 min lang umgewälzt. Der Stickstoff wurde über die dem Gaskreislauf zugeschaltete Kondensationseinheit und anschließend über die in Reihe geschaltete Trocknungseinheit geführt. Der Wassergehalt vor der Behandlung war 0,1 % . Durch die Trocknung konnte der Wasserge- halt auf < 0,001 % abgesenkt werden. Diese niedrigen Wassergehalte ermöglichten es, den Gehalt an Polyethylenglykol in mit dieser Eduktmischung hergestellten Ethoxylaten drastisch abzusenken.In the loop reactor specified in Example 1, 40 kg of C 12/14 fatty alcohol and 24 g of KOH (50% in H 2 O) were circulated for 30 minutes at a temperature of 140 ° C. under N 2 circulation. The nitrogen was passed through the condensation unit connected to the gas circuit and then through the drying unit connected in series. The water content before the treatment was 0.1%. The water content was reduced to <0.001% by drying. These low water contents made it possible to drastically reduce the polyethylene glycol content in ethoxylates prepared with this starting material mixture.
Beispiel 5 Herstellung eines Ethoxylats eines C^/^-Fettalkohols mit 2 Mol EthylenoxidExample 5 Preparation of an ethoxylate of a C ^ / ^ -fatty alcohol with 2 moles of ethylene oxide
In dem in Beispiel 1 angegebenen Schleifenreaktor wurden 40 kg Laurylalkohol/ Myristylal- kohol inertisiert. Danach wurden 24 g KOH (50-% ig in H2O) zugegeben. Das Gemisch wurde durch Umwälzen unter Stickstoff wie in Beispiel 4 getrocknet. Danach wurde die Umsetzung unter kontinuierlicher Zufuhr von Ethylenoxid (insgesamt 8,8 kg) unter Einhaltung einer Reaktionstemperatur von 160 °C durchgeführt.In the loop reactor specified in Example 1, 40 kg of lauryl alcohol / myristyl alcohol were rendered inert. Then 24 g of KOH (50% in H 2 O) were added. The mixture was dried by circulating under nitrogen as in Example 4. Thereafter, the reaction was carried out while continuously feeding ethylene oxide (8.8 kg in total) while maintaining a reaction temperature of 160 ° C.
Die Reaktion wurde in der Weise beendet, daß man die Zufuhr von Ethylenoxid beendete, jedoch das im System noch vorhandene Ethylenoxid vollständig abreagieren ließ. Danach wurde der Katalysator durch Zugabe von Essigsäure zerstört.The reaction was stopped by stopping the supply of ethylene oxide however, let the ethylene oxide still present in the system react completely. The catalyst was then destroyed by adding acetic acid.
Danach wurde die Temperatur der Reaktionsmischung auf 230 °C angehoben. Bei dieser Temperatur wurde über einen Zeitraum von 1 h Fettalkohol und einfach ethoxylierter Fettalkohol mit dem umlaufenden Stickstoff unter gleichzeitiger Einleitung von Wasserdampf vor der Strahldüse aus dem Reaktionsgemisch ausgeschleust und unter Kondensation in der Kondensationseinheit vom Stickstoff abgetrennt.The temperature of the reaction mixture was then raised to 230 ° C. At this temperature, fatty alcohol and simply ethoxylated fatty alcohol were discharged from the reaction mixture over a period of 1 h with the surrounding nitrogen while simultaneously introducing steam into the jet nozzle and separated from the nitrogen with condensation in the condensation unit.
Das Reaktionsgemisch hatte vor der Abtrennung der Edukte und Nebenprodukte einen Gehalt an C12/I4-Fettalkohol von 12 Gew.-% und einen Gehalt an einfach ethoxyliertem Ad- dukt (ROH + 1 EO) von 10 Gew.-% . Demgegenüber war nach der Abtrennung der Edukte und Nebenprodukte der Gehalt an C12/14-Fettalkohol auf 3 Gew.-% und der Gehalt an einfach ethoxyliertem Addukt (ROH + 1 EO) auf 7 Gew.-% reduziert. Diese Reduktion der lipophilen Bestandteile im Reaktionsprodukt zeigt sich in einer deutlich verbesserten Wasserlöslichkeit. The reaction mixture had prior to separation of the starting materials and by-products have a content of C 12 / I4 fatty alcohol of 12 wt .-% and a content of mono-ethoxylated adsorption product (ROH + 1 EO) of 10 wt .-%. In contrast, after the starting materials and by-products had been separated off, the content of C 12/14 fatty alcohol was reduced to 3% by weight and the content of simply ethoxylated adduct (ROH + 1 EO) to 7% by weight. This reduction in the lipophilic constituents in the reaction product manifests itself in a significantly improved water solubility.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Durchführung einer durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten chemischen Reaktion in einem als Schleifenreaktor ausgebildeten Reaktionssystem, umfassend einen Reaktorbehälter, mindestens eine mit dem Reaktorbehälter über je einen Auslaß und je einen Einlaß verbundene Schleife mit Einrichtungen zum Umpumpen des fluiden Reaktionsguts, mindestens einem Wärmetauscher, gegebenenfalls Einrichtungen zum Einspeisen des Reaktions- fluids in den Reaktorbehälter und einen getrennten Gaskreislauf, der mit dem über dem fluiden Reaktionsgemisch befindlichen Gasraum des Reaktorbehälters in Verbindung steht, und getrennte Einrichtungen zum Einspeisen von Gas in den Gaskreislauf, zum Abziehen von Gas aus dem Gaskreislauf und/ oder zur Behandlung des im Gaskreislauf umlaufenden Gases aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß ein Inertgas im Gaskreislauf geführt und/oder behandelt wird, zum Eingreifen in die im Reaktorbehälter ablaufende, durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion in den Reaktorbehälter eingespeist wird und nach Eingriff in das Gleichgewicht der im Reaktorbehälter ablaufenden Gleichge- wichtsreaktion aus dem Reaktorbehälter in den Gaskreislauf abgezogen wird.1. A method for carrying out a chemical reaction characterized by an equilibrium in a reaction system designed as a loop reactor, comprising a reactor vessel, at least one loop connected to the reactor vessel via in each case one outlet and one inlet each, with devices for pumping around the fluid reaction material, at least one heat exchanger, if appropriate, devices for feeding the reaction fluid into the reactor vessel and a separate gas circuit which is connected to the gas space of the reactor vessel located above the fluid reaction mixture, and separate devices for feeding gas into the gas circuit, for withdrawing gas from the gas circuit and / or for the treatment of the gas circulating in the gas circuit, characterized in that an inert gas is guided and / or treated in the gas circuit to intervene in the Re, which is characterized by an equilibrium, and which takes place in the reactor vessel action is fed into the reactor vessel and, after intervention in the equilibrium of the equilibrium reaction taking place in the reactor vessel, is withdrawn from the reactor vessel into the gas circuit.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , worin das Inertgas in der Weise in die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion im Reaktorbehälter eingreift, daß das Inertgas die Reaktionsmischung von darin gelöstem Gas und/oder von darin transportierten flüchtigen Stoffen reinigt und dieses/diese aus der Reaktionsmischung austrägt.2. The method according to claim 1, wherein the inert gas intervenes in the reaction characterized by an equilibrium in the reactor vessel, that the inert gas cleans the reaction mixture of gas dissolved therein and / or of volatiles transported therein and this / this discharges from the reaction mixture .
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2, worin das Inertgas die im Reaktorbehälter befindliche Reaktionsmischung von Sauerstoff befreit und/oder trocknet.3. The method according to claim 1 or claim 2, wherein the inert gas frees the reaction mixture located in the reactor vessel from oxygen and / or dries.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2, worin das Inertgas überschüssiges Reaktionsgas aus der im Reaktorbehälter befindlichen Reak- tionsmischung austrägt.4. The method according to claim 1 or claim 2, wherein the inert gas discharges excess reaction gas from the reaction mixture located in the reactor vessel.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 , worin das Inertgas in der Weise in die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion im Reaktorbehälter eingreift, daß das Inertgas der Reaktionsmischung einen gasförmigen Reaktionspartner zu- führt.5. The method according to claim 1, wherein the inert gas intervenes in the reaction characterized by an equilibrium in the reactor vessel, that the inert gas of the reaction mixture supplies a gaseous reactant.
6. Verfahren nach Patentanspruch 1 , worin das Inertgas in der Weise in die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion im Reaktorbehälter eingreift, daß das Inertgas in der Reaktionsmischung den Kontakt zwischen gasförmigen und bereits gelösten Reaktionspartnern verbessert.6. The method according to claim 1, wherein the inert gas engages in the reaction characterized by an equilibrium in the reactor vessel that the inert gas in the reaction mixture improves the contact between gaseous and already dissolved reactants.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, worin der durch das Inertgas zugeführte gasförmige Reaktionspartner in gesteuert niedrigem Partialdruck vorliegt.7. The method according to claim 6, wherein the gaseous reactant supplied by the inert gas is present in a controlled low partial pressure.
8. Verfahren nach Patentanspruch 6, worin der durch das Inertgas zugeführte gasförmige Reaktionspartner in durch das Auslaufen der Reaktion bedingtem niedrigem Partialdruck vorliegt.8. The method according to claim 6, wherein the gaseous reactant supplied by the inert gas is present in a low partial pressure caused by the end of the reaction.
9. Verfahren nach Patentanspruch 1 , worin das Inertgas in der Weise in die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion im Reaktorbehälter eingreift, daß das Inertgas der Reaktionsmischung einen flüchtigen Reaktionspartner entzieht.9. The method according to claim 1, wherein the inert gas engages in the reaction characterized by an equilibrium in the reactor vessel such that the inert gas withdraws a volatile reactant from the reaction mixture.
10. Verfahren nach Patentanspruch 9, worin der Entzug des flüchtigen Reaktionspartners durch das Inertgas während des Verlaufs der Reaktion oder nach voll- ständigem Ablauf der Reaktion erfolgt und der durch das Inertgas der Reaktionsmischung entzogene Reaktionspartner ein im Überschuß eingesetztes Edukt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion ist.10. The method according to claim 9, wherein the withdrawal of the volatile reactant by the inert gas during the course of the reaction or after fully constant reaction takes place and the reactant withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is an educt used in excess of the reaction characterized by an equilibrium.
11. Verfahren nach Patentanspruch 9, worin der Entzug des flüchtigen Reaktionspartners durch das Inertgas während des Verlaufs der Reaktion erfolgt und der durch das Inertgas der Reaktionsmischung entzogene Reaktionspartner ein im Verlauf der Reaktion entstehendes Produkt und/oder Nebenprodukt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion ist.11. The method according to claim 9, wherein the volatile reaction partner is withdrawn by the inert gas during the course of the reaction and the reactant withdrawn by the inert gas of the reaction mixture is a product formed in the course of the reaction and / or a by-product of the reaction characterized by an equilibrium.
12. Verfahren nach Patentanspruch 9, worin der Entzug des flüchtigen Reaktionspartners durch das Inertgas während des Verlaufs der Reaktion oder nach vollständigem Ablauf der Reaktion erfolgt und der durch das Inertgas der Reaktionsmischung entzogene Reaktionspartner ein im Verlauf der Reaktion entstan- denes Produkt und/oder Nebenprodukt der durch ein Gleichgewicht gekennzeichneten Reaktion ist.12. The method according to claim 9, wherein the volatile reaction partner is withdrawn by the inert gas during the course of the reaction or after the reaction has ended completely and the reactant withdrawn by the inert gas from the reaction mixture is a product and / or by-product formed in the course of the reaction which is a reaction characterized by an equilibrium.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 12, worin das Inertgas Stickstoff (N2), Argon (Ar), CO2, H2O und ein sonstiger inerter, bei den Reaktionsbedingungen gasförmiger Stoff oder eine Mischung eines oder mehrerer Inertgase, bevorzugt jedoch Stickstoff ist.13. The method according to one or more of claims 1 to 12, wherein the inert gas nitrogen (N 2 ), argon (Ar), CO 2 , H 2 O and another inert substance which is gaseous under the reaction conditions or a mixture of one or more inert gases , but is preferably nitrogen.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 13, worin die Behandlung des Inertgases im Gaskreislauf in einer Konditionierung des Inert- gases für den Eingriff in die durch ein Gleichgewicht gekennzeichnete Reaktion besteht.14. The method according to one or more of claims 1 to 13, wherein the treatment of the inert gas in the gas circuit consists in conditioning the inert gas for intervention in the reaction characterized by an equilibrium.
15. Verfahren nach Patentanspruch 14, worin die Konditionierung des Inertgases in einer Erhitzung des Inertgases, in einer Abkühlung des Inertgases, in einer Befreiung des Inertgases von unerwünschten Komponenten oder in einer Beaufschlagung des Inertgases mit erwünschten gasförmigen Stoffen besteht. 15. The method according to claim 14, wherein the conditioning of the inert gas in a heating of the inert gas, in a cooling of the inert gas, in one Liberation of the inert gas from unwanted components or exposure to the inert gas with desired gaseous substances.
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