WO2014044624A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung organischer peroxide mittels millireaktionstechnik - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung organischer peroxide mittels millireaktionstechnik Download PDF

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WO2014044624A1
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Joachim Heck
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Ehrfeld Mikrotechnik Bts Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a process for the efficient and safe production of organic peroxides, preferably dialkyl peroxides, peroxycarboxylic acids, peroxycarboxylic acid esters, diacyl peroxides, peroxycarbonate esters, peroxydicarbonates, ketone peroxides and perketals, with the aid of at least one static millimixer and an apparatus for carrying out the process.
  • Organic peroxides are very reactive chemical substances. Because they easily decompose into extremely active radicals and oxygen, they are used as initiators in the plastics and rubber industry. Fields of application of the organic peroxides are the polymerization of monomers for the production of plastics, the crosslinking and the modification of polymers and the curing of polyester resins. Further, organic peroxides are used as oxidizing agents in medical preparations and for complicated chemical syntheses.
  • SA DT Seif Accelerating Decomposition Temperature
  • SA DT Seif Accelerating Decomposition Temperature
  • a dangerous self-accelerating decomposition reaction under unfavorable conditions of explosion or fire, may be caused by thermal decomposition at or above the specified temperature.
  • Contact with incompatible substances and increased mechanical stress can cause decomposition at or below the SA DT.
  • Organic peroxides are nowadays produced by continuous or batch processes (Chem., Ztg. 98 (12th ed.), 583 (1974), W. Mayr., Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry, 6th Edition, Vol.25, 463 (2002)).
  • a typical example is the preparation of tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate.
  • SA DT temperature below 35 ° C
  • the following exemplary reaction schemes are relevant to the preparation of individual peroxide classes: Acid chlorides and hydrogen peroxide give rise to diacyl peroxides:
  • Chloroformates and organic hydropoxides give rise to percarbonate esters: + NaCl or KCl
  • R is any organic radical.
  • reaction must be carried out to increase the safety of the reaction in high dilution. This results in a significant overhead of diluent use and accordingly required downstream separation, purification and treatment processes. It also slows down the reaction and the entire manufacturing process. Furthermore, almost all methods of preparation are a two-phase reaction because the reactants are not completely miscible with each other. In order to achieve a sufficient reaction rate, intensive finely dispersed mixing of the two phases is necessary. This can be insufficient, for example, in a conventional stirred tank reactor be guaranteed. The production in other static mixers or tubular reactors is not recommended for reasons of the containment of explosive organic peroxides, including installation of pressure relief devices.
  • DE 69618646 T2 discloses continuous and discontinuous processes for the preparation of acyl peroxides. Here, a vigorous stirring of the educts by means of jet, static or ultrasonic mixers should avoid problems of stability of the reaction mixtures.
  • Reactions in microreactors are always carried out continuously.
  • the reactants are passed through channels whose structures, i. Widths and heights in the
  • microreactors are that they do not guarantee the production of larger amounts of organic peroxides in high yield.
  • Microreactors also have the disadvantage that small gas bubbles and particles settle in the Mikromi s cherkanälen, thereby the mixing result and the reaction yield is impaired.
  • Another disadvantage is that the reactants due to the friction occurring in the micromixing channels due to the small opening cross-section and the high surface to volume ratio with increased pressure through the channels must be performed, which increases energy consumption.
  • microstructured devices are very susceptible to particulates because particulate deposits can form in the microchannels on the channel walls which, over an extended period of time, can lead to a reduction in the reactant flow rate, overheating of the reactor, or even clogging of the microchannels.
  • particulate deposits can form in the microchannels on the channel walls which, over an extended period of time, can lead to a reduction in the reactant flow rate, overheating of the reactor, or even clogging of the microchannels.
  • several microreactors must be operated simultaneously, each of which requires its own control technology and monitoring, so that the manufacturing and material costs and operating costs is significant.
  • the present invention therefore provides a process for the preparation of organic peroxides using hydrogen peroxide or hydroperoxide, at least one base or acid and at least one ketone, alcohol, acid chloride / anhydride and / or chloroformate, characterized in that the process in at least a millireactor is performed, wherein the millireactor comprises at least one millimiter with at least two mixed structure levels and at least one heat exchanger, wherein the channel widths of the millimixer in the range of between> 5 mm and ⁇ 120 mm and / or a channel height in the range of between> 0, 5 mm and ⁇ 6 mm.
  • the millimixer is more static
  • the millireactor may additionally comprise at least one dwell.
  • Static millimers for the purposes of this invention are mixers which are continuously flowed through by a process stream and the cross section of their mixing structure is in the millimeter range.
  • Millireaktoren comprising at least one Millimischer with at least two Misch Modellebenen, at least one heat exchanger and at least one Verweiler, which are each provided with at least two Misch Modellebenen ensure the necessary cooling capacity, with a controlled reaction course high yields and in larger amounts of product as compared to a microreactor, as described in WO 2007/042313 A2, provide.
  • the efficiency of the manufacturing process can be increased in an unexpected manner by the channel design allows a passage of larger volume educt streams, as in microreactors, without the expected greater heat of reaction leads to safety problems and leads to a reduction in the yield.
  • the flow rate of the reaction mixture can be increased due to the more favorable compared to microreactors surface volume of the channels without the pump pressure must be increased disproportionately due to friction losses.
  • the millireactors used are much less susceptible to clogging than microreactors, which leads to a higher process reliability.
  • the inventive method also allows, by combining the actual reaction with the treatment and the drying of the difficult-to-handle product in a simple way a safe and effective implementation of the reactants despite larger amounts of product.
  • the reactants can be intensively mixed.
  • the channels on the mixed structure level may be open channels formed by two opposite channel walls extending from a common web.
  • Open channels in the sense of this invention are channels which depart from a common web and have only two opposite channel walls. Such channels do not have a terminal channel wall opposite the web, i. the channels are open at the terminal end. Furthermore, the channels have only side walls, i. the channels have no bottom wall and no ceiling wall.
  • the mixers used in the method according to the invention have at least one mixing structure plane, wherein the channels at least partially have a bottom wall and / or a top wall.
  • the channels of at least one mixing structure level can preferably be formed as a rectangular channel.
  • the channel walls are also referred to below as "bones”.
  • a mixed structure plane of the millimeter of a 300 mm rectangular channel can have a number of channel walls, also referred to as bones, in the range of> 60 to ⁇ 75, preferably of> 75 to ⁇ 95 and preferably of> 95 to ⁇ 120.
  • the number of bones of each contacting mixed structure levels may be equal.
  • the length of the individual channels of a mixed structure level of a millimixer can be in the range from> 5 mm to ⁇ 170 mm, preferably from> 10 mm to ⁇ 80 mm, preferably from> 15 mm to ⁇ 50 mm, and particularly preferably from> 20 mm to ⁇ 30 mm, wherein the channels which form the inlet and outlet openings of the mixing structure level for the process ström have a length which may be shorter than 30 mm.
  • the channels forming the inlet and outlet openings of the mixing structure plane for the process stream may have a length shorter than 30 mm.
  • the channels may have at least one mixing structure level of the MiUimischer channel widths of> 5 mm to ⁇ 120 mm, preferably> 10 mm to ⁇ 80 mm, and particularly preferably> 15 mm to ⁇ 40 mm.
  • the channels of at least one mixing structure level of the mixer may have channel heights of> 0.5 mm to ⁇ 6.0 mm, preferably> 1.0 mm to ⁇ 4.0 mm, and particularly preferably> 1.5 mm to ⁇ 2 mm.
  • the channel walls or burrs can have a wall thickness in the range of> 0.5 mm to ⁇ 5.0 mm, preferably of> 1 mm to ⁇ 3.0 mm, preferably of> 1 mm to ⁇ 2 mm, and particularly preferably from> 1.0 mm to ⁇ 1.5 mm.
  • a mixing structure plane of the millimixer may have a number of channel walls per 100 mm in the range of> 10 to ⁇ 100, preferably from> 20 to ⁇ 80 and preferably from> 40 to ⁇ 60, wherein preferably the number of bones of the respectively contacting mixed structure levels are equal ,
  • a reaction channel with a length of 300 mm and inserted mixing elements has an internal volume of about 2.5 ml to 4 ml, depending on the cross section of the rectangular channel and the dimensions of the mixed structures.
  • the mixer can have at least one mixing structure plane with a comb-like structure, wherein the individual bones forming the opposite channel walls are projected at an angle in the range of> 0 ° to ⁇ 90 °, preferably in the Range from 30 ° to 60 °, more preferably in the range of 43 ° to 47 °, and preferably 45 °, depart from the web.
  • the mixer comprises: a first mixing structure plane with a comb-like structure, wherein the individual bones forming the channel walls, at an angle in the range of> 0 ° to ⁇ 90 °, preferably in the range of 30 ° to 60 °, more preferably in the range of 43 ° up to 47 °, and preferably 45 °, depart from a common web; and
  • Such a design of the channels of the mixed structure levels in which the channels extend on the first mixed structure level offset to the channels of the contacting second mixing structure level, allows a multiple splitting of the reactants, and causes a multiple change in the flow direction of the reactants, resulting in an intensive mixing of the reactants leads.
  • the multiple splitting of the reaction partners of the process stream into rapid flow paths and recombining in a structural channel can be repeated 2 to 3 times, preferably 4 to 5 times, and preferably 6 to 8 times. These numbers are determined by the dimensions of the rectangular channel and the mixed structure. Accordingly, the mixing procedure is repeated in a 300 mm long channel with two mixed layers> 200 to ⁇ 800 times.
  • the millimixer comprises at least three mixing structure levels, the channels of the contacting mixing structure planes crossing each other and thus permitting a multiple splitting of the reaction partners between the mixed structure levels and, on the other hand, a change in the flow direction of the reactants from a mixed structure level effect on the other mixed structure level.
  • the web may have a width in the range of> 1 mm to ⁇ 6 mm, preferably from> 2 mm to ⁇ 4 mm.
  • the height of the bridge is identical to the height of the bones of the mixed structures.
  • the nominal length of the web is identical to the length of the rectangular channel, which in the range of> 300 mm to ⁇ 600 mm, preferably from> 600 mm to ⁇ 900 mm, preferably from> 900 mm to ⁇ 1200 mm.
  • At both ends of the web engaging elements, such as eyelets, may be formed to touch the mixing structures and to be able to pull out of the rectangular channel can.
  • the channel walls act as heat exchangers, by means of which the cooling capacity of the millimixer according to the invention can be markedly increased.
  • the channel walls of the respective mixing structure levels can function as heat exchangers, wherein individual channel walls can be tempered differently.
  • the process stream can be tempered locally in order to influence, for example, the reaction rate of the reactants in a targeted manner.
  • At least one channel preferably a plurality of channels, preferably all channels of the millimetric flow elements, which leads by means of turbulence of the reactants to a further improvement of the mixing of the reactant stream.
  • At least one structural plane may be at least partially coated with one or more catalysts, and preferably the channel walls may be at least partially coated with one or more catalysts.
  • the process is preferably combined with the work-up of the product and the final drying of the organic peroxide.
  • the organic peroxides are preferably dialkyl peroxides (R 1 -O-R 2 ), for example di-tert-butyl peroxide, di (2-tert-butylperoxyisopropyl) benzene or dicumyl peroxide, peroxycarboxylic acids (Ri-C (O ) -O-OH), for example peroxyacetic acid, peroxycarboxylic acid ester (Ri -C (O) -OOR;).
  • tert-butyl peroxypivalate for example, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, diacyl peroxides (R; -C (O (-OOC (O) -R), for example, dibenzoyl peroxide, di (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, Peroxycarbonate ester (RiO-C (O) -O-O-R2), for example tert-butyl peroxyisopropyl carbonate, tert-butyl peroxy-2-ethylhexyl carbonate, peroxydicarbonates (Ri-O C (O10OC (O) -).
  • R; -C (O (-OOC (O) -R) for example, dibenzoyl peroxide, di (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, Peroxycarbonate ester (RiO-C (O) -O-O-R2)
  • ketone peroxides for example cyclohexanone peroxide, methyl isobutyl ketone peroxide or methyl ethyl ketone peroxide and / or perketals, for example 2,2-bis ( tert-butylperoxy) butane, 1,1-di-tert-butylperoxy-3,3,5-trimethylcyclohexane or 1,1-bis (tert-butylperoxy) -cyclohexane, where Ri and R 2 are in all cases represent any organic radicals.
  • hydroperoxides in the context of the invention, all common known compounds can be used, for example, Alkylhydrop erox ide, such as tert. -Buty lhy drop eroxide or cumene hydroperoxide.
  • Alkylhydrop erox ide such as tert. -Buty lhy drop eroxide or cumene hydroperoxide.
  • These starting materials are commercially available or can be prepared by the known oxidation processes, for example the oxidation of cumene with oxygen to produce cumene hydroperoxide or the acid-catalyzed oxidation of the corresponding alcohol with hydrogen peroxide.
  • base are all known in the prior art bases. Preference is given to NaOH, KOH and / or Ca (OH b .) Or imidazoles, for example methylimidazole.
  • Acids in the context of the invention are all known organic and inorganic acids. Preferred are sulfuric acid, acetic acid or hydrochloric acid.
  • ketones it is likewise possible to use all etones known to the person skilled in the art in the process according to the invention. Preferred are 3,3,5-trimethylcyclohexanone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone.
  • alcohols in the context of the invention all common compounds can be used. Preference is given to methanol, ethanol, tert-butanol, 2-phenylpropan-2-ol but also diols, for example bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) benzene.
  • the type of acid chlorides used for the process according to the invention is likewise not limited. Preference is given, for example, to 2-ethylhexanoic acid chloride, 3,5,5-trimethylhexanoyl chloride or benzoyl chloride.
  • chloroformates in the context of the invention, it is likewise possible to use all compounds known in the prior art. For example, 2-ethylhexyl chloroformate, isopropyl chloroformate or n-butyl chloroformate are preferred. The concentrations of the agents used can vary greatly.
  • 10 to 50% are preferred for the bases, 70 to 100% for the organic peroxide components, and 30 to 70% for H 2 O 2 .
  • phlegmatizers or solvents may be added. Isododecane, white oil or phthalates such as diisobutyl phthalate are particularly suitable for this purpose.
  • additives and auxiliaries for example emulsifiers, can likewise be added to the educts.
  • static millimixers can be used for the process according to the invention.
  • static mixers for example, the mixing elements described above can be used.
  • the process optimization of the preferably usable multi-layered millimeter is based on the fact that the fluid streams or components to be mixed are fanned out into a multiplicity of process streams on the metal structure plane and between the mixed structure layers or the process streams are split up, ie. the process streams are split at the intersection of the burrs or channel walls that form an opening and remixed together so that diffusion and secondary flows result in rapid and intensive mixing of large reactant Ms.
  • the channel walls are formed in a straight line.
  • the channel walls can, at least in part, have curvatures and / or at least one side surface, preferably both side surfaces of the channel walls, can be bevelled.
  • the mixed structure levels are each formed so that the comb-like channels at contacting mixed structure levels each cause a change in the fluid flow direction.
  • contacting mixed structure levels may be formed such that the channel walls of one mixing structure level intersect several times with the channel walls of the contacting mixed structure level.
  • the channel facing away from the web wall ends are connected superimposed outside of the fluid inlet region and fluid outlet region contacting mixed structure levels, and preferably have a liquid-tight stationary connection.
  • the mixing structure levels may be located within a millimeter housing having fluid inlet and fluid outlet for the mixed structure levels at the two diametrically opposite ends and otherwise impeding fluid migration at the outer exterior surfaces of the composite structure layer, ie the outer open channel exterior surfaces are through sealed the housing fluid-tight to prevent leakage of fluid from the channel guide.
  • the millimetric housing can have two mixed-structure levels, preferably three mixed-structure levels or possibly several mixed-structure levels.
  • the millimischergeophuse can, for example, have a channel passage at the two opposite end sides of the smaller outer side surface into which at least two, preferably three, mixed-structure levels can be introduced.
  • the millimischergeophuse may have at least one heat exchanger.
  • the heat exchanger can be arranged on the outer wall and / or in the wall of the millimischergeophuses.
  • a significant advantage of the invention Millimischers, Milli Vietnameseaus exchanger and Milliverweiler compared to a micromixer is that the inserted into the rectangular channels mixing structures are also extendable. It follows that the bays can be mechanically cleaned, or replaced. This ensures complete cleaning of the entire system.
  • At least one millimeter comprising a millimetric housing and at least two, preferably three, mixed-structure levels can be arranged in a container, preferably a tube, whereby the interior of the container, preferably pipe, is flowed through by a heat-conducting means for controlling the temperature of the process stream, hereinafter also referred to as fluid flow.
  • a container preferably a tube
  • the millireactor can absorb several millimers.
  • the millireactor comprises at least one heat exchanger, at least one millimiter and optionally at least one residence.
  • the millimizer has a continuous opening channel for receiving at least two structural planes, preferably three structural planes.
  • the two mixed structure levels preferably three mixed structure levels with a comb-like structure, have an overall width and height which corresponds to the through-opening of the channel of the millimixer for receiving the mixed structure levels.
  • the internal cross-section of the through-opening channel of the millimixer for accommodating at least two structural planes, preferably three structural planes, has a width-to-height ratio of 4: 1 to 24: 1, preferably 6: 1 to 18: 1 and preferably 8: 1 to 12: 1 on. Depending on the embodiment, however, a width-to-height ratio of 16: 1 to 24: 1 may be particularly preferred.
  • the minimum height of the opening channel of the millimixer may be in the range of> 1, 0 mm to ⁇ 1, 5 mm, preferably> 1 .5 mm to ⁇ 3.0 mm, and particularly preferably> 3.0 mm to ⁇ 4.5 mm.
  • a millireactor which is suitable for carrying out the process according to the invention can be based on a Miprowa® reactor, available from Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH, which, as stated in the present description, must be designed according to the invention.
  • Miprowa® reactors also known as turbulence generators, are described in EP 1 486 749 A2, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
  • the heat eitsch for controlling the temperature of the fluid flow of the millimixer in the reactor can preferably be initiated against the fluid main flow direction.
  • At least two, preferably several millimers are arranged one after the other, with residence spaces and / or heat exchangers being arranged between the millimixers.
  • a process stream can be passed through an arrangement of several millimers, heat exchangers and residence volumes with a predetermined residence time.
  • the arrangement can be designed so that the temperature profile in the flowing reaction mixture along the flow direction through the sequence of heat exchangers and Verweilerumblen is adjustable.
  • Preference may be heat exchangers, the length at an edge length of, for example, 1200 mm and with a channel, a heat transfer in the range of 7000 kW / m 3 kW can achieve.
  • the static millimixer can flow continuously, the reaction mixture can be brought to the appropriate temperature by means of a heat exchanger and then optionally the reaction mixture fed into a temperature-controllable residence volume, where a time predetermined by the residence volume and the flow rate of the reaction mixture remain in this residence volume, the starting materials, which may be present as immiscible phases, are constantly mixed thoroughly with each other.
  • heat exchanger for the process according to the invention, for example, devices in question, in which one or more of the reaction mixture flowed through housing, hereinafter called inner housing, surrounded by an outer housing is surrounded, wherein through the resulting gap a heat transfer medium is passed, preferably counter to the main flow direction of the reaction mixture.
  • the heat transfer medium can be used depending on its temperature for cooling or heating of the process stream. For local temperature control, individual areas of the millimixer can be contacted with sensing devices that can be tempered independently of each other.
  • plate-shaped bodies are installed in the flowed through by the reaction mixture housing, which are electrically heated or flowed through as a hollow body of a heat transfer medium.
  • Such milli plate heat exchangers typically have plate spacings in the range of 3 mm to 8 mm, whereby the plates can be easily disassembled and cleaned.
  • a plurality of units of channels having metal structures can be separated from one another by means of a plate-shaped heat exchanger, resulting in a sandwich-like structure.
  • the residence volume or dwell structure are defined volumes which, owing to their internal volume, can be flowed through in a predetermined time, for example channels of milli-structured static mixers.
  • Different residence volumes can be used, each of which is characterized by a residence time distribution that is as narrow as possible and has low dead volumes.
  • these V can be tempered volumes by electric heaters or cooling devices are mounted or by a tempering the residence volume, for example, locally flows around.
  • a permanent finely dispersed mixing of the immiscible reactants by means of one or more static mixer or by high-frequency mechanical action, e.g. from ultrasound to a defined residence structure or by a combination of one or more static mixers and a high-frequency mechanical action.
  • the term high frequency covers frequencies in the range of 10 kHz to 20 MHz.
  • temperature sensors and milli-structured heat exchangers are preferably used for precise control and maintenance of the reaction and processing temperature. Only by using milli-structured heat exchangers can it be ensured that the reaction mixture does not exceed the critical decomposition tem- perature even if the reaction temperature is close to this decomposition tem- perature.
  • the residence volumes can be penetrated by directly attached ultrasonic vibrators or by immersing the residence volumes in a bath with high-frequency oscillations or by placing piezo modules. It is also possible to use dwell structures in which the mixture in the circuit is pumped in analogous to a loop reactor, with one or more milli-structured static millimers being optionally introduced into the circuit.
  • the temperature profile in the flowing reaction mixture along the flow direction is preferably set by a sequence of heat exchangers and residence volumes. The reaction temperature depends on the reactants used and is typically in the range of> 10 ° C to ⁇ 70 ° C. After passing through the residence volumes, it is advantageous if the peroxide is fed to a Au processing.
  • the preparation of the organic peroxide to be produced is preferably subdivided into the region of the separation of the organic peroxide from the aqueous mother liquor and the purification of the organic peroxide and the subsequent phase separation.
  • the crude product and the wash solutions are fed in defined flow rates to a millimiter, preferably a static millimixer, where they are intensively mixed.
  • this mixture is preferably fed into a residence volume, which is preferably temperable, where it remains a predetermined time by the volume of the residence structure and the flow rate of the reaction mixture.
  • the forced emulsion formed is preferably separated in a separator, primarily micro separation module into the respective phases for further processing.
  • the water is preferably removed from the liquid organic peroxide in a drying process.
  • This drying can be carried out according to the prior art by means of drying agent, for example zeolites, magnesium sulfate, magnesium chloride or the like by means of dehumidified air or another dry gas in countercurrent or cross flow.
  • the organic peroxide is fed in defined flow rates to a microextraction mixer, preferably a static micro extraction medium, in countercurrent to dehumidified air, where it is mixed intensively.
  • the water-containing air or the water-containing gas is further Subsequent processing steps supplied and fed the produced organic peroxides the filling and packaging.
  • FIG. 1 tubular millireactor according to the invention
  • FIG. 2 shows a tubular millireactor according to the invention with three millimers
  • FIG. 4 mixed structure levels of a mixer
  • FIG. 1 shows a tubular millireactor (1) according to the invention for carrying out the method according to the invention comprising three millimers (2), inlet / outlet openings for a heat conducting means (4) and a front closure part (3a) and a rear closure part (3b) with through opening slots for retaining the inlet and outlet sections of the millimens (2).
  • FIG. 2 shows a tubular millireactor (1) according to the invention for carrying out the method according to the invention, comprising three millimetric housings (5) with openings (6) for receiving in each case three mixed structure levels (6).
  • FIG. 3 shows a millimizer (2) according to the invention with three structure planes (8a / 8b / '8c), partially inserted into the housing of the mixer (2), with burr-like channel walls (7a / 7b) which are angled away from the web (9th) ), wherein the ends of the bones facing away from the web (9) side of the respective contacting mixed structure levels (8a), (8b) are directed towards each other, so that overlap the ends (10), and wherein the bones (7a ) crossing a mixed structure plane (8a) with the bones (7b) of the respective contacting mixed structure plane (8b).
  • Figure 4 shows a Millimischer invention (2) with two mixed structure levels (8a / 8b), partially inserted into the housing of MiUimischers (2), with bone-like channel walls (7a / 7b) extending at an angle from the web (9), wherein the ends the bones (7a / 7b) facing away from the web (9) side of the respective contacting mixed structure levels (8a / 8b) are directed towards each other, so that the ends (10) overlap, and wherein the bones (7a) of the one Intersect the mixed structure plane (8a) with the bones (7b) of the respective contacting mixed structure plane (8b).

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur effizienten und sicheren Herstellung von organischen Peroxiden, vorzugsweise Dialkylperoxiden, Peroxycarbonsauren, Peroxycarbonsaureestern, Diacylperoxiden, Peroxycarbonatestem, Peroxydicarbonaten, Ketonperoxiden und Perketalen mit Hilfe mindestens eines Millimischers (2) und mindestens einem Wärmetauscher (4) und eine Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren und Vorrichtung_zur Heigtellung organischer Peroxide mittels
Miliireaktionstechnik
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur effizienten und sicheren Herstellung von organischen Peroxiden, vorzugsweise Dialkylperoxiden, Peroxycarbonsäuren, Peroxycarbonsäure- e stern, Diacylperoxiden, Peroxycarbonatestern, Peroxydicarbonaten, Ketonperoxiden und Perketalen, mit Hilfe mindestens eines statischen Millimischers und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Organische Peroxide sind sehr reaktive chemische Substanzen. Da sie leicht in äußerst aktive Radikale und Sauerstoff zerfallen, werden sie als Initiatoren in der Kunststoff- bzw. Kautschukindustrie eingesetzt. Anwendungsgebiete der organischen Peroxide sind die Polymerisation von Monomeren zur Kunststoffherstellung, die Vernetzung und die Modifikation von Polymeren sowie die Härtung von Polyesterharzen. Ferner werden organische Peroxide als Oxidationsmittel in medizinischen Präparaten und für komplizierte chemische Synthesen verwendet.
Ein wesentliches Merkmal organischer Peroxide ist die SA DT (Seif Accelerating Decomposition Temperature). Sie ist die tiefste Temperatur, bei der eine selbst beschleunigende Zersetzung in der Transportverpackung auftreten kann. Eine gefährliche selbstbeschleunigende Zersetzungsreaktion, unter ungünstigen Umständen Explosion oder Feuer, kann durch thermische Zersetzung bei oder oberhalb der angegebenen Temperatur hervorgerufen werden. Ein Kontakt mit nicht verträglichen Substanzen sowie eine erhöhte mechanische Beanspruchung kann Zersetzung bei oder unterhalb der S A DT hervorrufen. Organische Peroxide werden heutzutage durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Verfahren hergestellt (Chem. Ztg. 98 (tg. 12), 583 (1974), W. Mayr. Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry, 6.Edition, Vol.25. 463 (2002)), DE 698 12 430 T2, DE 69904337 T2 oder auch US-A 6 268 523. Ein typisches Beispiel ist die Herstellung von tert.-Butylperoxy-2-ethlyhexanoat. Dieses organische Peroxid wird aus tert.-Butylhydroperoxid und 2-Ethyl-hexansäurechlorid bei einer Temperatur unterhalb von 35° C (= SA DT) und einer durchschnittlichen Verweilzeit von bis zu 2 Stunden bei einem 500 kg Reaktionsansatz in einem Rührkessel hergestellt. Im Einzelnen sind nachstehende beispielhafte Reaktionsschemata für die Herstellung einzelner Peroxidklassen relevant: Aus Säurechloriden und Wasserstoffperoxid entstehen Diacylperoxide:
o o o o o.
2 H202+ 2 NaOH oder 2 KOH ► R ^ ^ R + 2 Η2θ + 2 NaCI oder 2 KCl
CI o— o
Aus Chlorformiaten und Was s ersto ffp eroxid entstehen Peroxydicarbonate :
o o o o o.
2 H202+ 2 NaOH oder 2 KOH »- R -—O-{ % ) V-CO-—RR + 2 H20 + 2 NaCI oder 2 KCl
CI o— o
Aus Säurechloriden und organischen Hydroperoxiden entstehen Peroxyester:
O R, .O
R, , OH + NaOH oder KOH *► R,— V R2 + Η2θ + NaCI oder KC
CI o— o
Aus Chlorformiaten und organischen Hydrop eroxiden entstehen Percarbonatester: + NaCI oder KCl
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wobei R für einen beliebigen organischen Rest steht.
Ein wesentlicher Parameter bei der Herstellung organischer Peroxide ist die optimale Temperaturführung unter Einhaltung der erforderlichen Verweilzeit für die Reaktion. Erfahrungsgemäß liegt die erforderliche Reaktionstemperatur im Bereich der vorgenannten SA DT. so dass ein lokales Überschreiten der Reaktionstemperatur im Reaktor, das zu einer unkontrollierbaren Zersetzung der Reaktionsmischung bzw. der Reaktionsprodukte führen kann, verhindert werden muss. Dies führt ebenso zu langen Reaktionszeiten. Bei den bekannten Herstellungsverfahren müssen demnach große Mengen, einige hundert Liter, des sehr reaktiven und explosionsgefährlichen Reaktionsgemisches unter maximaler Turbulenz in Behältern oder sonstigen Reaktionssystemen vorgehalten werden. Diese Vorgehensweise erfordert einen nicht uner- heblichen Aufwand an speziellen Sicherheitseinrichtungen, beispielsweise im Bereich der Temperatur- und Turbulenzüberwachung.
Außerdem muss die Reaktion zur Erhöhung der Reaktionssicherheit in großer Verdünnung durchgeführt werden. Dadurch entsteht ein deutlicher Mehraufwand an Verdünnungsmitteleinsatz und entsprechend erforderlichen nachgeschalteten Abtrennungs-, Reinigungs- und Aufbereitungsverfahren. Zudem wird dadurch die Reaktion als auch der gesamte Herstellungsprozess verlangsamt. Weiterhin handelt sich bei nahezu allen Herstellungsmethoden um eine Zweiphasenreaktion, da die Reaktanden nicht vollständig miteinander mischbar sind. Um eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen ist eine intensive feindisperse Durchmischung der beiden Phasen nötig. Dieses kann z.B. in einem herkömmlichen Rührkesselreaktor nur unzureichend gewährleistet werden. Die Herstellung in sonstigen statischen Mischern bzw. Rohrreaktoren ist aus Gründen der Verdämmung der explosionsfähigen organischen Peroxide auch unter Einbau von Druckentlastungseinrichtungen nicht empfehlenswert. Aus DE 69618646 T2 sind kontinuierliche und diskontinuierliche Verfahren zur Herstellung von Acylperoxiden bekannt. Hierbei soll ein heftiges Aufrühren der Edukte mittels Strahl-, Statik- oder auch Ultraschallmischer Probleme der Stabilität der Reaktionsmischungen umgehen.
Bei den kontinuierlichen Verfahren können dabei Ausbeuten bis maximal 95,5 % erreicht werden, während bei den diskontinuierlichen Verfahren der Vorteil bei kürzeren Reaktionszeiten liegt, was aber zu Lasten der Produktausbeute geht.
Reaktionen in Mikroreaktoren werden prinzipiell kontinuierlich durchgeführt. Dabei werden die Reaktionspartner durch Kanäle geführt, deren Strukturen, d.h. Breiten und Höhen in der
Größenordnung zwischen 20 μηι und 1 mm liegen.
Ein Nachteil von Mikroreaktoren ist, dass sie eine Herstellung größerer Mengen organischer Peroxide in hoher Ausbeute nicht gewährleisten.
Mikroreaktoren haben ferner den Nachteil, dass sich kleine Gasblasen und Partikel in den Mikromi s cherkanälen festsetzen, dadurch wird das Mischergebnis und die Reaktionsausbeute beeinträchtigt.
Ein weiterer Nachteil ist, dass die Reaktionspartner aufgrund der in den Mikromischkanälen auftretenden Reibung, bedingt durch den geringen Öffnungsquerschnitt sowie durch das hohe Oberflächen- zu Volumen-Verhältnis mit erhöhtem Druck durch die Kanäle geführt werden müssen, was den Energieverbrauch steigert.
Schließlich ist die Anforderung an die Präzision bei der Fertigung von Mikroreaktoren hoch. Bei der Herstellung von organischen Peroxiden ist ein homogenes T emp eraturpro fil unter Einhaltung der erforderlichen Verweilzeit sehr wichtig. Ein lokales Überschreiten der Reaktionstemperatur muss verhindert werden. Für diesen Zweck werden häufig Reaktoren. Wärmetauscher und Verweiler mit Mikro strukturen verwendet, wie beispielsweise in der WO 2007/042313 A2 beschrieben. in der WO 2007/042313 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung von organischen Peroxiden unter Einsatz von Wasserstoffperoxid oder Hydroperoxid, mindestens einer Base oder Säure und mindestens eines Ketons, Alkohols, Säurechlorids/-anhydrids und/oder Chlorformiats beschrieben, wobei die Reaktion in einem statischen Mikromischer durchgeführt wird. Apparate mit Mikro strukturen sind jedoch auf Partikeln sehr anfällig, weil sich Partikelablagerungen in den Mikrokanälen an den Kanalwänden, ausbilden können, die über einen längeren Zeitraum zu einer Verringerung der Fließrate der Reaktionspartner, Überhitzung des Reaktors oder sogar zu einer Verstopfung der Mikrokanäle führen kann. Darüber hinaus müssen für die Produktion größerer Mengen an Peroxiden mehrere Mikroreaktoren gleichzeitig betrieben werden, die jeweils für sich eine eigene Regeltechnik und Überwachung benötigen, so dass der Fertigungs- und Materialaufwand sowie der Betriebsaufwand erheblich ist.
Demnach ist im Stand der Technik kein Verfahren bekannt, dass die Herstellung organischer Peroxide ohne die zuvor beschriebenen Nachteile ermöglicht, und insbesondere eine sichere sowie schnelle Herstellung organischer Peroxide in größeren Mengen und in hoher Ausbeute gewährleistet.
Es stellte sich deshalb die Aufgabe ein Verfahren zu finden, bei dem eine sichere Prozessführung bei einer geringen Verdünnung und intensiver feindisperser Durchmischung der Reaktanden in größeren Mengen möglich ist. Zudem sollte auch eine für dieses Verfahren geeignete Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Die Reaktanden müssen hierbei unter exakter Temperaturführung und -kontroll e miteinander zu Reaktion gebracht werden. Dabei ist zu beachten, dass nicht alle Reaktanden vollständig miteinander mischbar sind und daher für eine schnelle Reaktion die beiden Phasen ständig miteinander intensiv vermischt werden müssen. Des Weiteren gilt es, die nachge s chalteten Phasentrennungs-, Reinigungs- und Aufbereitungsverfahren unter Optimierung der vorgenannten Parameter im Bereich der Prozess- und Sicherheitstechnik durchzuführen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass sich die Nachteile der Verfahren des Standes der Technik dadurch beseitigen lassen, dass die Herstellung von organischen Peroxiden, vorzugsweise Dialkylperoxiden, Peroxy carbonsäuren, Peroxycarbonsäureestern, Diacylperoxiden, Peroxy- carbonatestern, Peroxydicarbonaten, Ketonperoxiden und Perketalen, in mindestens einem statischen Millimischer durchgeführt wird. Durch den Einsatz statischer und/oder nicht statischer Millimischer konnte die Sicherheit des Herstellungsprozesses deutlich erhöht werden. In der eingesetzten Vorrichtung sind dabei größere Mengen pro Volumeneinheit der problematischen Reaktions- bzw. Aufarbeitungsmischung zu handhaben, wobei eine genaue Temperaturkontrolle ein unerwünschtes Ansteigen der Temperatur unterbindet. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von organischen Peroxiden unter Einsatz von Wasserstoffperoxid oder Hydroperoxid, mindestens einer Base oder Säure und mindestens eines Ketons, Alkohols, Säurechlorids/-anhydrids und/oder Chlor formiats, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in mindestens einem Millireaktor durchgeführt wird, wobei der Millireaktor mindestens einen Millimischer mit mindestens zwei Mischstrukturebenen und mindestens einem Wärmetauscher umfasst, wobei die Kanalbreiten des Millimischers im Bereich von zwischen > 5 mm und < 120 mm liegen und/oder eine Kanalhöhe im Bereich von zwischen > 0,5 mm und < 6 mm aufweisen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Millimischer als statischer
Millimischer ausgelegt.
Gegebenenfalls kann der Millireaktor zusätzlich mindestens einem Verweiler aufweisen.
Statische Millimischer im Sinne dieser Erfindung sind Mischer, die von einem Prozessstrom kontinuierlich durchströmt werden und der Querschnitt ihrer Mischstruktur im Millimeterbereich liegt.
Im Gegensatz zu Mikromischern ist bei Militärischem, wegen des höheren Produktdurchsatzes, eine gesteigerte Kühlleistung notwendig.
In überraschender Weise und völlig unerwartet für den Fachmann lassen sich bei Millireaktoren, umfassend mindestens einen Millimischer mit mindestens zwei Mischstrukturebenen, mindestens einem Wärmetauscher und mindestens einem Verweiler, die jeweils mit mindestens zwei Mischstrukturebenen versehen werden, die notwendige Kühlleistung gewährleisten, die einen kontrollierten Reaktionsverlauf mit hohen Ausbeuten und in größeren Produktmengen als im Vergleich zu einem Mikroreaktor, wie in der WO 2007/042313 A2 beschrieben, zur Verfügung stellen.
Somit lässt sich die Effizienz des Herstellungsprozesses in unerwarteter Weise steigern, indem die Kanalauslegung eine Durchleitung großvolumigerer Eduktströme, als bei Mikroreaktoren, erlaubt, ohne dass die zu erwartende größere Reaktionswärme zu sicherheitstechnischen Problemen führt und einer Verringerung der Ausbeute führt.
Ferner kann die Fließrate der Reaktionsmischung aufgrund des gegenüber Mikroreaktoren günstigeren Oberflächen- Volumens der Kanäle erhöht werden, ohne dass der Pumpendruck überproportional aufgrund von Reibungsverlusten gesteigert werden muss.
Überraschenderweise führen sogar höher konzentriertere Eduktströme mit entsprechend angepassten Fließraten in der Millireaktoranlage nicht zu Problemen durch intermediär gebildete feste Zwischenprodukte aus den flüssigen Edukten, wie dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist, weil diese Zwischenprodukte sehr schnell weiter zu den flüssigen Produkten umgesetzt werden und mögliche feste Zwischenprodukte aufgrund der höheren Fließrate abgeleitet bzw. mit dem Prozessstrom mitgerissen werden. Insbesondere die intensive Vermischung der Phasen aufgrund der höheren Fließrate und dem gegenüber Mikromischern verbesserten Oberflächen-Volumen- Verhältnis, bei gleichzeitig optimierter Vermischung der Reaktionspartner, führt zudem zu einer Beschleunigung der Herstellungs- und Aufarbeitungsreaktionen sowie zu einer verbesserten Reaktionsumsetzung und Ausbeutesteigerung der Hauptreaktion. Die Reaktions- und Verfahrensführung in der Millireaktoranlage ist herkömmlichen Methoden, insbesondere Mikroreaktionsanlagen, zur Herstellung der Produkte in größeren Mengen weit überlegen.
Sofern als Produkte der Reaktion Feststoffe gebildet werden, sind die verwendeten Millireaktoren gegen Verstopfung erheblich unempfindlicher als Mikroreaktoren, was zu einer höheren Prozesssicherheit führt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zudem, durch die Kombination der eigentlichen Reaktion mit der Aufbereitung und der Trocknung des schwer zu handhabenden Produktes auf einfache Weise eine sichere und effektive Umsetzung der Reaktionspartner trotz größerer Produktmengen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei einer Anordnung von wenigstens zwei Schichten aufweisenden Mischstrukturebenen, wobei die Schichten der Mischstrukturebenen im mehrfachen Fluidaustausch stehen, eine sehr hohe Produktausbeute bei gleichzeitig deutlich gesteigerter Produktmenge pro Zeiteinheit liefern, da in einem solchen erfindungsgemäßen statischen Millimischer mit mehreren Mi s chstruktur eb enen die Reaktanden intensiv durchmischt werden können. Es lassen sich gute Produktausbeuten bei gleichzeitig sicherer Reaktionsführung und ausreichend gewährleisteter Prozesskühlung erreichen, wenn die Kanäle des Mikromischers so ausgelegt sind, da ss der Innenquerschnitt der Kanäle jeweils ein Breiten-zu-Höhenverhältnis von 4 : 1 bis 24 : 1, vorzugsweise 6 : 1 bis 18: 1 und weiter bevorzugt 8 : 1 bis 12 : 1 aufweist.
Die Kanäle auf der Mischstrukturebene können offene Kanäle sein, die durch zwei gegenüberliegende Kanalwände, die von einem gemeinsamen Steg ausgehen, ausgebildet sind.
Offene Kanäle im Sinne dieser Erfindung sind Kanäle, die von einem gemeinsamen Steg abgehen und lediglich zwei gegenüberliegende Kanalwandungen aufweisen. Solche Kanäle weisen keine dem Steg gegenüberliegende endständige Kanalwandung auf, d.h. die Kanäle sind am endständigen Ende offen. Ferner weisen die Kanäle lediglich Seitenwandungen auf, d.h. die Kanäle weisen keine Boden wandung und keine Deckenwandung auf. Es ist aber erfindungsgemäß möglich, dass die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Mischer wenigstens eine Mischstrukturebene aufweisen, wobei die Kanäle zumindest teilweise eine Bodenwandung und/oder eine Deckenwandung aufweisen.
Die Kanäle wenigstens einer Mischstrukturebene, vorzugsweise aller Mischstrukturebene, können bevorzugt als Rechteckkanal ausgebildet werden.
Die Kanalwände werden nachfolgend auch als„Gräten" bezeichnet.
Eine Mischstrukturebene des Millimischers eines 300 mm langen Rechteckkanals kann eine Anzahl von Kanalwandungen, auch als Gräten bezeichnet, im Bereich von > 60 bis < 75. vorzugsweise von > 75 bis < 95 und bevorzugt von > 95 bis < 120 aufweisen. Bevorzugt kann die Anzahl der Gräten der jeweils kontaktierenden Mischstrukturebenen gleich sein.
Die Länge der einzelnen Kanäle einer Mischstrukturebene eines Millimischers kann im Bereich von > 5 mm bis < 170 mm, vorzugsweise von > 10 mm bis < 80 mm, bevorzugt von > 15 mm bis < 50 mm, und besonders bevorzugt von > 20 mm bis < 30 mm, liegen, wobei die Kanäle, die die Einlass und Auslassöffnung der Mischstrukturebene für den Prozess ström ausbilden eine Länge aufweisen, die kürzer als 30 mm sein kann. Je nach Aus führungs form der Mischstrukturebene des Millimischers können die Kanäle, die die Einlass und Auslassöffnung der Mischstrukturebene für den Prozessstrom ausbilden eine Länge aufweisen, die kürzer als 30 mm. Je nach Ausführungsform können die Kanäle wenigstens einer Mischstrukturebene des MiUimischer Kanalbreiten von > 5 mm bis < 120 mm, bevorzugt > 10 mm bis < 80 mm, und besonders bevorzugt > 15 mm bis < 40 mm, aufweisen.
Die Kanäle wenigstens einer Mischstrukturebene des MiUimischer können Kanalhöhen von > 0,5 mm bis < 6,0 mm, bevorzugt > 1,0 mm bis < 4,0 mm, und besonders bevorzugt > 1 ,5 mm bis < 2 mm, aufweisen.
Die Kanalwandungen, bzw. Gräten, können eine Wandstärke im Bereich von > 0,5 mm bis < 5,0 mm, vorzugsweise von > 1 mm bis < 3,0 mm, bevorzugt von > 1 mm bis < 2 mm, und besonders bevorzugt von > 1,0 mm bis < 1.5 mm, aufweisen.
Eine Mischstrukturebene des Millimischers kann eine Anzahl von Kanalwandungen pro 100 mm im Bereich von > 10 bis < 100, vorzugsweise von > 20 bis < 80 und bevorzugt von > 40 bis < 60 aufweisen, wobei bevorzugt die Anzahl der Gräten der jeweils kontaktierenden Mischstrukturebenen gleich sind.
Ein Reaktionskanal mit einer Länge von 300 mm und eingeschobenen Mischelementen hat einen Innenvolumen von etwa 2,5 ml bis 4 ml, abhängig vom Querschnitt des Rechteckkanals und von den Dimensionen der Mischstrukturen. Durch Änderung der Länge des Kanals bis etwa 1200 mm und durch Parallel s chaltung von mehreren Kanälen kann eine Anlage auf das gewünschte Volumen und so auf den erwünschten Durchsatz hochskaliert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens kann der MiUimischer wenigstens eine Mischstrukturebene mit einer kammartigen Struktur aufweisen, wobei von einem Steg die einzelnen Gräten, die die gegenüberliegenden Kanalwandungen ausbilden, in einem Winkel im Bereich von > 0° bis < 90°, vorzugsweise im Bereich von 30° bis 60°, weiter bevorzugt im Bereich von 43° bis 47°, und bevorzugt 45°, vom Steg abgehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens weist der MiUimischer: eine erste Mischstrukturebene mit einer kammartigen Struktur auf, wobei die einzelnen Gräten, die die Kanalwandungen ausbilden, in einem Winkel im Bereich von > 0° bis < 90°, vorzugsweise im Bereich von 30° bis 60°, weiter bevorzugt im Bereich von 43° bis 47°, und bevorzugt 45°, von einem gemeinsamen Steg abgehen; und
- eine zweite Mischstrukturebene mit einer kammartige Struktur auf, wobei die einzelnen
Gräten, die die gegenüberliegenden Kanalwandungen ausbilden, in einem Winkel im Bereich von > 90° bis < 180°, vorzugsweise im Bereich von 120° bis 150°, weiter bevorzugt im Bereich von 133° bis 137°, und bevorzugt 135°, von einem gemeinsamen Steg abgehen,
wobei sich die Mischstrukturebenen kontaktieren und überlagern, und die Gräten der ersten und der zweiten Mischstrukturebene sich mehrfach kreuzen.
Eine solche Ausbildung der Kanäle der Mischstrukturebenen, bei der die Kanäle auf der ersten Mischstrukturebene versetzt zu den Kanälen der kontaktierenden zweiten Mischstrukturebene verlaufen, erlaubt eine mehrfache Aufsplittung der Reaktionspartner, und bewirkt eine mehrfache Änderung der Strömungsrichtung der Reaktionspartner, was zu einer intensiven Vermischung der Reaktionspartner führt.
Das Vielfache Aufsplitten der Reaktionspartner des Prozessstromes in T eilströmungsp fade und erneutes Rekombinieren in einem Strukturkanal kann 2 bis 3 mal, vorzugsweise 4 bis 5 mal und bevorzugt 6 bis 8 mal wiederholt werden. Diese Zahlen werden durch die Dimensionen des Rechteckkanals und der Mischstruktur festgelegt. Dementsprechend wird die Mischungsprozedur in einem 300 mm langen Kanal mit zwei Mischschichten > 200 bis < 800 mal wiederholt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Millimischer wenigstens drei Mischstrukturebenen, wobei die Kanäle der kontakti er enden Mischstrukturebenen sich kreuzen und so zum einen eine mehrfache Aufsplittung der Reaktionspartner zwischen den Mischstrukturebenen erlauben und zum anderen jeweils eine Änderung der Strömungsrichtung der Reaktionspartner von einer Mischstrukturebene zur anderen Mischstrukturebene bewirken.
Der Steg kann eine Breite im Bereich von > 1 mm bis < 6 mm, vorzugsweise von > 2 mm bis < 4 mm aufweisen.
Die Höhe des Stegs ist identisch mit der Höhe der Gräten der Mischstrukturen. Die nominelle Länge des Stegs ist identisch mit der Länge des Rechteckkanals, die im Bereich von > 300 mm bis < 600 mm, vorzugsweise von > 600 mm bis < 900 mm, bevorzugt von > 900 mm bis < 1200 mm, aufweisen. An beiden Enden des Stegs können Eingriffelemente, wie Ösen, ausgebildet sein, um die Mischstrukturen anfassen und aus dem Rechteckkanal ausziehen zu können.
Darüber hinaus kann durch die erfindungsgemäße Anordnung der Mischstrukturebenen die Kanalwandungen als Wärmetauscher fungieren, mittels derer die Kühlleistung des erfindungsgemäßen Millimischers deutlich gesteigert werden kann.
Gemäß einer Ausfuhrungsform können die Kanalwandungen der jeweiligen Mischstrukturebenen als Wärmetauscher fungieren, wobei einzelne Kanalwandungen unterschiedlich temperiert werden können. Durch diese Maßnahme können beispielsweise in ausgewählten Bereichen bzw. an verschiedenen Prozesspunkten der Prozessstrom lokal temperiert werden, um dadurch beispielsweise die Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktionspartner gezielt zu beeinflussen.
Gemäß einer Ausführungsform weisen wenigstens ein Kanal, vorzugsweise mehrere Kanäle, bevorzugt alle Kanäle des Millimischers Strömungs el emente auf, die mittels Verwirbelung der Reaktanden zu einer weiteren Verbesserung der Durchmischung des Eduktstromes führt.
Gemäß einer Aus führungs form können wenigstens eine Strukturebene, vorzugsweise alle Strukturebenen zumindest teilweise mit einem oder mehreren Katalysatoren beschichtet sein, und vorzugsweise können die Kanalwandungen zumindest teilweise mit einem oder mehreren Katalysatoren beschichtet sein.
Das Verfahren wird vorzugsweise kombiniert mit der Aufarbeitung des Produktes und der abschließenden Trocknung des organischen Peroxides. Bei den organischen Peroxiden handelt es sich vorzugsweise um Dialkylperoxide (R1-OO-R2), beispielsweise Di-tert.-butylperoxid, Di-(2-tert.-butylperoxyisopropyl)-benzen oder Dicumylperoxid, Peroxycarbonsäuren (Ri-C(O)-O-OH), beispielsweise Peroxyessigsäure, Peroxy- carbonsäureester ( Ri -C(O)-O-O-R; ). beispielsweise tert.-Butylperoxypivalat, tert.-Butylperoxy- 2-ethylhexanoat, Diacylperoxide ( R ; -C ( O (-O-O-C ( O )- R ). beispielsweise Dibenzoylperoxid, Di- (3,5,5-trimethylhexanoyl)-peroxid, Peroxycarbonatester (RiO-C(0)-0-0-R2), beispielsweise tert- Butylperoxyisopropylcarbonat, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat, Peroxydicarbonate (Ri-O C ( O l-O-O-C ( O ) - ). beispielsweise Di-(4-tert.-butylcyclohexyl)-peroxydicarbonat, Di-(2- ethylhexyl) -p eroxydi carbonat oder Dicetylperoxydicarbonat, Ketonperoxide, beispielsweise Cyclohexanonperoxid, Methylisobutylketonperoxid oder Methyl ethylketonperoxid und/oder Perketale, beispielsweise 2,2-Bis-(tert.-butylperoxy)-butan, 1 ,1 -Di-tert.-butylperoxy-3,3,5- trimethylcyclohexan oder l,l-Bis-(tert.-butylperoxy)-cyclohexan, wobei Ri und R2 in allen Fällen beliebige organische Reste darstellen.
Als Hydroperoxide im Sinne der Erfindung sind alle gängigen bekannten Verbindungen einsetzbar, beispielsweise Alkylhydrop erox ide, wie tert . -Buty lhy drop eroxid oder Cumolhydroperoxid. Diese Edukte sind käuflich erhältlich oder lassen sich nach den bekannten Oxidationsverfahren, beispielsweise der Oxidation von Cumol mit Sauerstoff zur Herstellung von Cumolhydrop eroxid oder der säurekatalysierten Oxidation des entsprechenden Alkohols mit Wasserstoffp eroxid herstellen. Als Base eignen sich ebenfalls alle im Stand der Technik bekannten Basen. Bevorzugt sind NaOH, KOH und/oder Ca(OH b. oder Imidazole, beispielsweise Methylimidazol.
Säuren im Sinne der Erfindung sind alle bekannten organischen und anorganischen Säuren. Bevorzugt dabei sind Schwefelsäure, Essigsäure oder Salzsäure.
Als Ketone können im erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls alle dem Fachmann bekannten etone eingesetzt werden. Bevorzugt dabei sind 3,3,5 -Trimethyl cy cl ohexanon, Methylethylketon und Methylisobutylketon. Als Alkohole im Sinne der Erfindung sind auch alle gängigen Verbindungen einsetzbar. Bevorzugt dabei sind Methanol, Ethanol, tert.- Butanol, 2-Phenylpropan-2-ol aber auch Diole, beispielsweise Bis (a-hydroxyisopropyl)-benzol.
Die Art der für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Säurechloride ist ebenfalls nicht limitiert. Bevorzugt sind beispielsweise 2-Ethylhexansäurechlorid, 3,5,5-Trimethylhexanoylchlorid oder Benzoylchlorid.
Ebenfalls einsetzbar sind alle bekannten Säureanhydride , beispielsweise Essigsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid. Als Chlorformiate im Sinne der Erfindung können ebenfalls alle im Stand der Technik bekannten Verbindungen eingesetzt werden. Bevorzugt dabei sind beispielsweise 2-Ethylhexylchlorformiat, Isopropylchlorformiat oder n-Butylchlorformiat. Die Konzentrationen der eingesetzten Agenzien können dabei stark variieren.
Bevorzugt sind für die Basen 10 bis 50 %, für die organischen Peroxidkomponenten 70 bis 100 %, für H2O2 30 bis 70 %. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können Phlegmatisierungsmittel bzw. Lösemittel beigefügt werden. Hierfür eignen sich besonders Isododecan, Weißöl oder Phthalate wie Diisobutylphthalat.
Weitere Additive und Hilfsmittel, beispielsweise Emulgatoren, können ebenfalls den Edukten beigefügt werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren können alle bekannten statischen Millimischer eingesetzt werden. Als statische Mischer können beispielsweise die zuvor beschriebene Mischelemente eingesetzt werden.
Die Prozessoptimierung des bevorzugt verwendbaren Millimischers mit mehreren Struktur ebenen beruht darauf, dass die zu vermischenden Fluids tröme bzw. Komponenten in eine Vielzahl von Prozessströme auf der Mi s chstrukturebene und zwischen den Mischstrukturebenen aufgefächert bzw. die Prozessströme aufgesplitten werden, d.h. die Prozessströme werden an den Kreuzungspunkt der Gräten bzw. Kanalwandungen, die eine Öffnung bilden, aufgesplittet und neu zusammengemischt, so dass es durch Diffusion und S ekundärströmungen zu einer schnellen und intensiven Vermischung großer Reaktanden-M engen kommt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Kanalwandungen geradlinig ausgebildet. Zur Verbesserung der Durchmischung, insbesondere zur Erzeugung von Turbulenzen können die Kanalwandungen, zumindest teilweise, Krümmungen aufweisen und/oder zumindest eine Seitfläche, vorzugsweise beide Seitflächen der Kanalwandungen können abgeschrägt sein.
Die Mischstrukturebenen sind jeweils so ausgebildet, dass die kammartig ausgebildeten Kanäle bei kontaktierenden Mischstrukturebenen jeweils eine Änderung der Fluids trömungsrichtung bewirken. Bevorzugt können kontaktierende Mischstrukturebenen so ausgebildet sein, dass die Kanalwandungen der einen Mischstrukturebene sich mit den Kanalwandungen der kontaktierenden Mischstrukturebene mehrfach kreuzen. Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass die dem Steg abgewandten Kanal wandungs enden außerhalb des Fluideinlassbereiches und Fluidauslassbereiches kontaktierender Mischstrukturebenen überlagert verbunden sind, und bevorzugt eine flüssigkeitsdichte ortsfeste Verbindung aufweisen. Die Mischstrukturebenen können innerhalb eines Millimi s chergehäus es angeordnet sein, das an den beiden diametral gegenüberliegenden Enden einen Fluideinlass und Fluidauslass für die Mischstrukturebenen aufweist und ansonsten einen Flui daus tritt an den äußeren Außenoberflächen des Verbundes aus Mischstrukturebenen verhindert, d.h. die offenen äußeren Kanalaußenoberflächen werden durch das Gehäuse fluiddicht abgedichtet, um einen Austritt von Fluid aus der Kanal führung zu verhindern.
Das Millimischergehäuse kann zwei Mischstrukturebenen, bevorzugt drei Mischstrukturebenen oder gegebenenfalls mehrere Mischstrukturebenen aufweisen. Das Millimischergehäuse kann beispielsweise eine an den beiden gegenüberstehenden Endseiten der kleineren Auß enseitenfläche einen Kanaldurchgang aufweisen, in den mindestens zwei, vorzugsweise drei Mischstrukturebenen eingebracht werden können.
Das Millimischergehäuse kann wenigstens einen Wärmetauscher aufweisen. Der Wärmetauscher kann auf der Auß enwandung und/oder in der Wandung des Millimischergehäuses angeordnet sein.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Millimischers, Milliwärmeaus tauschers und Milliverweilers gegenüber einem Mikromischer besteht darin, dass die in die Rechteckkanäle eingeschobenen Mischstrukturen auch ausziehbar sind. Daraus folgt, dass die Einschübe mechanisch gereinigt, oder ausgetauscht werden können. So ist die komplette Reinigung der Gesamtanlage gesichert.
Beispielsweise kann wenigstens ein Millimischer umfassend Millimischergehäuse und mindestens zwei, vorzugsweise drei Mischstrukturebenen, in einem Container, vorzugsweise Rohr beabstandet angeordnet sein, wobei der Innenraum des Containers, vorzugsweise Rohr mit einem Wärmeleitmittel durchströmt wird, zur Temperierung des Prozessstroms, nachfolgend auch als Fluidstroms bezeichnet, des Millimischers verwendet. Der Container wird nachfolgend auch als „Reaktor" oder „Millireaktor" bezeichnet. Der Millireaktor kann mehrere Millimischer aufnehmen.
Der Millireaktor umfasst wenigstens einen Wärmetauscher, wenigstens einen Millimischer und gegebenenfalls wenigstens einen Verweil er.
Der Millimischer weist zur Aufnahme von mindestens zwei Strukturebenen, vorzugsweise drei Strukturebenen, einen durchgehenden Öffnungskanals auf. Die zwei Mischstrukturebenen, vorzugsweise drei Mischstrukturebenen mit kammähnlicher Struktur weisen insgesamt eine Breite und Höhe auf, die der durchgehenden Öffnung des Kanals des Millimischers zur Aufnahme der Mischstrukturebenen entspricht.
Der Innenquerschnitt des durchgehenden Öffnungskanals des Millimischers zur Aufnahme von mindestens zwei Strukturebenen, vorzugsweise drei Strukturebenen, weist ein Breiten-zu- Höhenverhältnis von 4 : 1 bis 24 : 1, vorzugsweise 6 : 1 bis 18 : 1 und bevorzugt 8 : 1 bis 12 : 1 auf. Je nach Aus führungs form kann aber auch ein Breiten-zu-Höhenverhältnis von 16 : 1 bis 24 : 1 besonders bevorzugt sein. Die Mindesthöhe des Öffnungskanals des Millimischers kann im Bereich von > 1 ,0 mm bis < 1 ,5 mm, bevorzugt > 1 .5 mm bis < 3,0 mm, und besonders bevorzugt > 3,0 mm bis < 4.5 mm, liegen.
Ein Millireaktor der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, kann auf einem Miprowa® -Reaktor basieren, erhältlich bei der Firma Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH, der, wie in der vorliegenden Beschreibung ausgeführt, erfindungsgemäß ausgelegt sein muss. Miprowa®-Reaktoren, auch bekannt als Turbulenzerzeuger, werden in der EP 1 486 749 A2 beschrieben, auf die hier im vollen Umfang Bezug genommen wird.
Das Wärmel eitmittel zur Temperierung des Fluidstroms des Millimischers im Reaktor kann vorzugsweise entgegen der Fluidhauptstromrichtung eingeleitet werden kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere Millimischer nacheinander angeordnet sind, wobei zwischen den Millimischern Verweilräume und/oder Wärmetauscher angeordnet sind. Besonders bevorzugt kann ein Prozessstrom durch eine Anordnung von mehreren Millimischern, Wärmetauschern und Verweilvolumen mit vorgegebener Verweilzeit geleitet werden.
Bevorzugt kann die Anordnung so gestaltet werden, dass der Temperaturverlauf im strömenden Reaktionsgemisch entlang der Strömungsrichtung durch die Abfolge von Wärmetauschern und Verweilerstrecken einstellbar ist.
Bevorzugt können Wärmetauscher sein, die bei einer Kanten länge von beispielsweise 1200 mm und mit einem Kanal, eine Wärmeübertragungsl ei stung im Bereich von 7000 KW/m3 kW erzielen können.
Aufgrund des größeren Querschnittes der Kanäle bei Millimischern, im Vergleich zu Mikromischern, kann zwischen einer großen Auswahl von üblich verwendbaren Wärmetaus ehern gewählt werden, da die Anforderungen an die Wärmetauscher bei Millimischern hinsichtlich Verstopfbarkeit durch Partikel allenfalls eine geringe Bedeutung hat, da das Auftreten von kleinen Partikeln im Reaktionsmedium diese Kanäle praktisch nicht verstopfen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der statische Millimischer kontinuierlich durchströmt, die Reaktionsmischung mittels Wärmetauscher auf die geeignete Temperatur gebracht und anschließend gegebenenfalls die Reaktionsmischung in ein temperierbares Verweilvolumen eingespeist werden, dort eine durch das Verweilvolumen und die Fließgeschwindigkeit der Reaktionsmischung vorbestimmte Zeit verbleiben, wobei in diesem Verweilvolumen die Ausgangsstoffe, die gegebenenfalls als nicht mischbare Phasen vorliegen, ständig miteinander intensiv vermischt werden.
Als Wärmetauscher für das erfindungsgemäße Verfahren kommen beispielsweise Vorrichtungen in Frage, bei denen ein oder mehre vom Reaktionsgemisch durchströmte Gehäuse, nachfolgend inneres Gehäuse genannt, von einem äußeren Gehäuse beabstandet umgeben ist, wobei durch den sich ergebenen Spalt ein Wärmeträgermedium geleitet wird, vorzugsweise entgegen der Hauptstromrichtung des Reaktionsgemi s che s .
Das Wärmeträgermedium kann in Abhängigkeit seiner Temperatur zur Kühlung oder Erwärmung des Prozessstromes eingesetzt werden. Zur lokalen Temperierung können einzelne Bereiche des Millimischers mit T emp eri erungs einri chtungen kontaktiert sein, die unabhängig voneinander temperiert werden können. Bei einem anderen Typ eines Hochleistungs-Milliwärmetauschers werden in das vom Reaktionsgemisch durchströmte Gehäuse plattenförmige Körper eingebaut, die elektrisch beheizt oder als Hohlkörper von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Solche Milliplattenwärme- tauscher haben typischerweise Plattenabstände im Bereich von 3 mm bis 8 mm, wobei die Platten einfach demontiert und gereinigt werden können.
Beispielsweise können mehrere Einheiten von Kanäle aufweisenden Mi s chstrukturebenen mittels eines plattenförmigen Wärmetauschers voneinander separiert sein, wobei sich ein sandwichartiger Aufbau ergibt.
Bei dem Verweilvolumen oder auch der Verweilstruktur im Sinne der Erfindung handelt es sich um abgegrenzte Volumina, die aufgrund ihres inneren Volumens in einer vorgegebenen Zeit durchströmt werden können, beispielsweise Kanäle millistrukturierter statischer Mischer. Es können unterschiedliche Verweilvolumina eingesetzt werden, die sich jeweils durch eine möglichst enge Verweilzeitverteilung auszeichnen und geringe Totvolumina aufweisen. Vorzugsweise können diese V erweil volumina temperiert werden, indem elektrische Heizungen oder Kühlvorrichtungen angebracht sind oder indem ein Temperierfluid das Verweilvolumen, beispielsweise lokal, umströmt. In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung erfolgt in dieser Verweil struktur eine ständige feindisperse Durchmischung der nicht mischbaren Reaktanden mittels eines oder mehrerer statischer Mischer oder durch hochfrequente mechanische Einwirkung, z.B. von Ultraschall auf eine definierte Verweilstruktur oder durch eine Kombination aus einem oder mehreren statischen Mischern und einer hochfrequenten mechanischen Einwirkung. Der Begriff hoch- frequent umfasst dabei Frequenzen im Bereich von 10 kHz bis 20 MHz.
An geeigneten Stellen im Reaktionsbereich werden vorzugsweise Temperatursensoren und Millistrukturierte Wärmetauscher zur genauen Kontrolle und Einhaltung der Reaktions- und Verarbeitungstemperatur eingesetzt. Nur durch den Einsatz von millistrukturierten Wärmetauschern kann sichergestellt werden, dass die Reaktionsmi s chung die kritische Z er setzungstemp eratur nicht überschreitet, auch wenn die Reaktionstemp eratur nahe dieser Z er setzungstemp eratur liegt.
Ebenso besonders geeignet ist eine Anordnung, bei der die Verweilvolumina durch direkt ange- brachte Ultraschallschwinger oder durch Eintauchen der Verweilvolumina in ein Bad mit hochfrequenten Schwingungen oder durch Aufsetzen von Piezomodulen durchsetzt werden können. Ebenfalls können Verweilstrukturen eingesetzt werden, bei denen das Gemisch im Kreislauf analog zu einem Schlaufenreaktor umgepumpt wird, wobei ggf. ein oder mehrere millistrukturierte statische Millimischer in den Kreislauf eingefügt sind. Der Temperaturverlauf im strömenden Reaktionsgemisch entlang der Strömungsrichtung wird dabei vorzugsweise durch eine Abfolge von Wärmetauschern und Verweilvolumina eingestellt. Die Reaktionstemperatur hängt dabei von den eingesetzten Edukten ab und liegt typischerweise im Bereich von > 10° C bis < 70° C. Nach dem Durchlaufen der Verweilvolumina ist es vorteilhaft, wenn das Peroxid einer Au arbeitung zugeführt wird. Diese ist vorzugsweise analog zu der Reaktionsapparatetechnik aufgebaut. Die Aufbereitung des herzustellenden organischen Peroxides unterteilt sich dabei vorzugsweise in den Bereich der Abtrennung des organischen Peroxides von der wässrigen Mutterlauge und der Reinigung des organischen Peroxides und der anschließenden Phasentrennung. Bei der Reinigung werden das Rohprodukt und die Waschlösungen in definierten Mengenströmen einem Millimischer, vorzugsweise einem statischen Millimischer, zugeführt und dort intensiv vermischt. Anschließend wird diese Mischung vorzugsweise in ein Verweilvolumen, das vorzugsweise temperierbar ist, eingespeist, wo sie eine durch das Volumen der Verweilstruktur und die Fließgeschwindigkeit der Reaktionsmischung vorbestimmte Zeit verbleibt. Zusätzlich wird in dieser Verweilstruktur eine ständige feindisperse Durchmischung der nicht mischbaren Reaktanden mittels eines oder mehrerer statischer Mischer oder durch hochfrequente Einwirkung, beispielsweise von Ultraschall auf eine definierte Verweilstruktur oder durch eine Kombination aus einem oder mehreren statischen Mischern und einer hochfrequenten Einwirkung sichergestellt. Nach der durchgeführten Wäsche wird die gebildete Zwangsemulsion vorzugsweise in einem Separator, vornehmlich Mikro s eparationsmodul in die jeweiligen Phasen zur weiteren Aufbereitung aufgetrennt.
Nach vorgenannter Aufbereitung wird vorzugsweise das Wasser aus dem flüssigen organischen Peroxid in einem Tro cknungsproze s s entfernt. Diese Trocknung kann gemäß dem Stand der Technik mittels Trocknungsmittel, beispielsweise Zeolithen, Magnesiumsulfat, Magnesiumchlorid o.a. oder mittels entfeuchteter Luft oder einem sonstigen trockenem Gas im Gegen- oder Kreuzstrom vorgenommen werden. Bei der hier vorzunehmenden Trocknung wird das organische Peroxid in definierten Mengenströmen einem Mikroextraktionsmischer, vorzugsweise einem statischen Mikro extraktionsmis eher, im Gegenstrom zu entfeuchteter Luft zugeführt und dort intensiv vermischt. Anschließend wird die wasserhaltige Luft bzw. das wasserhaltige Gas weiteren Aufarbeitungsschritten zugeführt und das hergestellte organische Peroxide der Abfüllung und Konfektionierung zugeleitet.
Figur 1 erfindungsgemäßer rohrförmiger Millireaktor;
Figur 2 erfindungsgemäßer rohrförmiger Millireaktor mit drei Millimischern;
Figur 3 erfindungsgemäßer Millimischer mit drei Mischstrukturebenen
Figur 4 Mischstrukturebenen eines MiUimischers
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen rohrförmigen Millireaktor (1) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthaltend drei Millimischer (2), Ein-/ Auslassöffnungen für ein Wärmeleitmittel (4) und einem vorderen Verschlussteil (3a) und einem hinteren Verschlussteil (3b) mit durchgehenden Öffnungsschlitzen zur halternden Aufnahme der Einlass und Auslassabschnitte der Millimischer (2). Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen rohrförmigen Millireaktor (1) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthaltend drei Millimischergehäuse (5) mit Öffnungen (6) zur Aufnahme von jeweils drei Mischstrukturebenen (6) nicht gezeigt.
Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Millimischer (2) mit drei Mi s chstrukturebenen (8a/8b/'8c), teilweise in das Gehäuse des MiUimischers (2) eingeschoben, mit grätenartigen Kanalwandungen (7a/7b), die sich gewinkelt vom Steg (9) erstrecken, wobei die Enden der Gräten von der Steg (9) abgewandten Seite der jeweilig sich kontaktierenden Mischstrukturebenen (8a), (8b) aufeinander zu gerichtet sind, so dass sich die Enden (10) überlagern, und wobei sich die Gräten (7a) der einen Mischstrukturebene (8a) mit den Gräten (7b) der jeweiligen kontaktierenden Mischstrukturebene (8b) kreuzen.
Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Millimischer (2) mit zwei Mischstrukturebenen (8a/8b), teilweise in das Gehäuse des MiUimischers (2) eingeschoben, mit grätenartigen Kanalwandungen (7a/7b) die sich gewinkelt vom Steg (9) erstrecken, wobei die Enden der Gräten (7a/7b) von der Steg (9) abgewandten Seite der jeweilig sich kontaktierenden Mischstrukturebenen (8a/8b) aufeinander zu gerichtet sind, so dass sich die Enden (10) überlagern, und wobei sich die Gräten (7a) der einen Mischstrukturebene (8a) mit den Gräten (7b) der jeweiligen kontaktierenden Mischstrukturebene (8b) kreuzen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von organischen Peroxiden unter Einsatz von Wasserstoffp eroxid oder Hydroperoxid, mindestens einer Base oder Säure und mindestens eines Ketons, Alkohols, SäurechloridsAanhydrids und/oder Chlorformiats, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in mindestens einem Millireaktor durchgeführt wird, wobei der Millireaktor mindestens einen Millimischer mit mindestens zwei Mischstrukturebenen, und mindestens einem Wärmetauscher umfasst, wobei die Kanalbreiten des Millimischers im Bereich von zwischen > 5 mm und < 120 mm liegen und/oder eine Kanalhöhe im Bereich von zwischen > 0,5 mm und < 6,0 mm aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Innenquerschnitt der Kanäle des Millimischers jeweils ein Breiten-zu-Höhenverhältnis von 4 : 1 bis 24 : 1, vorzugsweise 6 : 1 bis 18: 1 und weiter bevorzugt 8 : 1 bis 12: 1 aufweist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kanäle auf der Mischstrukturebene offene Kanäle sind, die durch zwei gegenüberliegende Kanalwände ausgebildet sind, die von einem gemeinsamen Steg ausgehen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwandungen wenigstens einer Mischstrukturebene eine Wandstärke im Bereich von > 0,5 mm bis < 5,0 mm, vorzugsweise von > 1,0 mm bis < 3,0 mm, bevorzugt von > 1,0 mm bis < 2,0 mm, und besonders bevorzugt von > 1,0 mm bis < ! .5 mm, aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischstrukturebene eine Anzahl von Kanalwandungen pro 100 mm im Bereich von > 10 bis < 100, vorzugsweise von > 20 bis < 80 und bevorzugt von > 40 bis < 60 aufweisen, wobei bevorzugt die Anzahl der Gräten der jeweils kontaktierenden Mischstrukturebenen gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der einzelnen Kanäle einer Mischstrukturebene, im Bereich von > 5 mm bis < 170 mm, vorzugsweise von > 10 mm bis < 80 mm, bevorzugt von > 15 mm bis < 50 mm, und besonders bevorzugt von > 20 mm bis < 30 mm, aufweisen, wobei vorzugsweise die Kanäle, die die Einlass und Auslassöffnung der Mischstrukturebene für den Prozessstrom ausbilden eine Länge aufweisen, die kürzer als 30 mm ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Millimischer wenigstens eine Mischstrukturebene mit einer kammartigen Struktur aufweist, wobei von einem Steg die einzelnen Gräten, die die gegenüberliegenden Kanalwandungen ausbilden, in einem Winkel im Bereich von > 0° bis < 90°, vorzugsweise im Bereich von 30° bis 60°, weiter bevorzugt im Bereich von 43° bis 47°, und bevorzugt 45°, abgehen; oder
- der Millimischer eine erste Mischstrukturebene mit einer kammartigen Struktur aufweist, wobei die einzelnen Gräten, die die Kanalwandungen ausbilden, in einem Winkel im Bereich von > 0° bis < 90°, vorzugsweise im Bereich von 30° bis 60°, weiter bevorzugt im Bereich von 43° bis 47°, und bevorzugt 45°, von einem gemeinsamen Steg abgehen; und eine zweite Mischstrukturebene mit einer kammartige Struktur aufweist, wobei die einzelnen Gräten, die die gegenüberli egenden Kanalwandungen ausbilden, in einem Winkel im Bereich von > 90° bis < 180°, vorzugsweise im Bereich von 120° bis 150°, weiter bevorzugt im Bereich von 133° bis 137°, und bevorzugt 135°, von einem gemeinsamen Steg abgehen, wobei sich die Mischstrukturebenen kontaktieren und überlagern, und die Gräten der ersten und der zweiten Mischstrukturebene sich mehrfach kreuzen.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Millimischer wenigstens drei Mischstrukturebenen aufweist, wobei die Kanäle der kontaktierenden Mischstrukturebenen sich kreuzen und dadurch eine mehrfache Aufsplittung der Reaktionspartner zwischen den Mischstrukturebenen erlauben und zum anderen jeweils eine Änderung der Strömungsrichtung der Reaktionspartner von einer Mischstrukturebene zur anderen Mischstrukturebene bewirken.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strukturebene des Millimischers, vorzugsweise alle Strukturebenen zumindest teilweise, am besten vollständig mit einem oder mehreren Katalysatoren beschichtet sind, und vorzugsweise sind die Kanalwandungen zumindest teilweise, am besten vollständig mit einem oder mehreren Katalysatoren beschichtet.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Millimischer kontinuierlich durchströmt wird, die Reaktionsmischung mittels Wärmetauscher auf die geeignete Temperatur gebracht und/oder gehalten wird und anschließend gegebenenfalls die Reaktionsmischung in ein temperierbares Verweilvolumen eingespeist wird, dort eine durch das Volumen der Verweilstruktur und die Fließgeschwindigkeit der Reaktionsmischung vorbestimmte Zeit verbleibt, wobei in diesem Verweilvolumen die Ausgangsstoffe, die gegebenenfalls als nicht mischbare Phasen vorliegen, ständig miteinander intensiv vermischt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturverlauf im strömenden Reaktionsgemisch entlang der Strömungsrichtung durch eine Abfolge von
Wärmetauschern und Verweilerstrecken einstellbar ist.
12. Millireaktor, geeignet zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Millireaktor mindestens einen Millimischer mit mindestens zwei Mischstrukturebenen, und mindestens einem Wärmetauscher und gegebenenfalls mindestens einen Verweilraum umfasst, wobei die Kanalbreiten des Millimischers im Bereich von zwischen > 5 mm und < 120 mm liegen und/oder eine Kanalhöhe im Bereich von zwischen > 0,5 mm und < 6,0 mm aufweisen.
13. Millireaktor nach Anspruch 12, wobei der Innenquerschnitt des durchgehenden Öffnungskanals des Millimischers zur Aufnahme von mindestens zwei Strukturebenen, vorzugswei e drei Strukturebenen, ein Breiten-zu-Höhenverhältnis von 4 : 1 bis 24 : 1, vorzugsweise 6 : 1 bis 18 : 1 und bevorzugt 8 : 1 bis 12 : 1 aufweist und/oder die Mindesthöhe des Öffnungskanals des Millimischers im Bereich von > 0,5 mm bis < 6 mm, bevorzugt > 1,0 mm bis < 4,5 mm, und besonders bevorzugt > 1,5 mm bis < 3,0 mm, liegt.
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