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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Diacetonalkohol Diacetonalkohol
wird bekanntlich groß technisch so dargestellt, daß man alkalisch wirksame Stoffe
auf Aceton einwirken läßt. Die Kondensation verläuft hierbei ausschließlich in heterogener
Phase, d.h., der Katalysator wird in fester Form zugegeben. Das geschieht im allgemeinen
so, daß man durch einen fest angeordneten Kontakt Aceton strömen läßt. Diese Verfahrensart
bedingt jedoch eine ganze Reihe - von Nachteilen. So ist die wechselnde Beschickung
und Entleerung des Reaktors mit festem Kontakt störend bei der Durchführung des
Verfahrens. Hinzu kommt, daß sich im Katalysatorbett Kanäle biIden können mit der
Folge einer ungleichmäßigen Belastung des Kontakts. Außerdem tritt mit fortschreitender
Zeit durch Besetzung der wirksamen Oberfläche des Katalysators ein Abfall der Umsatzleistung
ein. Wegen des hohen Konzentrationsgefälles besteht schließlich die Gefahr von Verharzungstendenzen
an der Oberfläche des Katalysators. Insgesamt ist auch die Ausnutzung des Katalysators
sehr ungünstig, da nur seine Oberfläche für die Katalyse ausgenutzt wird.
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Um einer Reihe dieser Nachteile aus dem Wege zu gehen, ist schon
vorgeschlagen worden, den Katalysator in feinverteilter Form, z. B. als Dispersion,
zuzugeben. So hat man beispielsweise festes Ätzkali so lange durch intensive Rührung
mit Aceton behandelt, daß eine Aufschlämmung erreicht wurde. In einem anderen Falle
wurde Ätzkali in Benzol durch intensive Mischung in Dispersion gebracht und anschließend
dem Aceton unter Rührung zugegeben. Schließlich ist man in der Weise verfahren,
daß man eine alkoholische Lösung von Natronlauge dem Aceton zugegeben hat, wobei
eine Ausfällung des Ätzkalis in feinverteilter Form erreicht werden sollte. Alle
diese Verfahren gewährleisten jedoch keine genauen Arbeitsbedingungen, weil die
Art der Ausfällung bzw.
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Dispergierung von Ansa.tz zu Ansatz verschieden sein kann. Zudem ist
die Haltbarkeit der Dispersion sehr begrenzt, zumindest aber nicht konstant.
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Es wurde nun gefunden, daß alle diese Nachteile vermieden werden
können, wenn man die Kondensation in homogener Phase, also in Lösung, durchführt.
Dies kann man in der Weise erreichen, daß man für die Kondensation ein Aceton-Wasser-Gemisch
verwendet, dessen Wassergehalt so eingestellt wird, daß in dem Gemisch die notwendige
Menge Katalysator gelöst wird. Zweckmäßigerweise verfährt man hierbei so, daß man
zuerst den Katalysator in entsprechender Menge Wasser löst und daraufhin dem Aceton
zufügt.
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Die bei der erfindungsgemäßen Lösungskondensation benötigten Mengen
an Katalysator liegen erheblich unter denen der bekannten Verfahren. Sie betragen
zweckmäßig nur etwa zwischen 0,002 und 0,008 Gewichtsprozent festes Alkali, bezogen
auf eingesetztes Aceton. Um diese Mengen an Kontakt zu lösen, setzt man das Wasser
in Mengen von etwa 0,5 bis 10 0/o, vorzugsweise von 1 bis 3 0/o, bezogen auf eingesetztes
Aceton, ein.
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Die Kondensation läßt sich sowohl chargenweise wie kontinuierlich
durchführen. Beim letzteren Verfahren geht man beispielsweise so vor, daß man das
wasserhaltige Aceton, das den Katalysator in gelöster Form enthält, durch ein beispielsweise
als längliches Rohr ausgebildetes Reaktionsgefäß leitet, wobei der kontinuierliche
Ab- und Zufluß so eingestellt wird, daß eine bestimmte Verweilzeit gewährleistet
ist. Nach Abziehung der Reaktionsprodukte wird zur Neutralisation der Lauge und
zur Stabilisierung des Reaktionsgemisches eine aliquote Menge Säure zugesetzt, beispielsweise
Essigsäure, Weinsäure, Phthalsäure oder eine Mineralsäure, wie Schwefelsäure, Phosphorsäure
usw. Aus dem Umsatzprodukt wird dann durch Destillation ein noch etwas Wasser enthaltendes
Produkt gewonnen. Je nach Verwendungszweck des RohdiacetonalkohoIs kann man durch
entsprechende Methodik in der Destillation das Wasser mehr oder weniger dem Sumpf
entziehen und mit dem Aceton in den Kreislauf zurückgeben. Das auf diese Weise in
den Umlauf gebrachte Wasser kann -dann dadurch kompensiert werden, daß man den Zusatzkatalysator
in konzentrierter Form zugibt. Will man einen reinen Diacetonalkohol erhalten, so
unterzieht man das Sumpfprodukt einer Vakuumdestillation, wobei die Destillatanteile
(Aceton und Wasser) dem ersten Prozeß wiederum zugeführt werden. Soll der Rohdiacetonalkohoi
beispielsweise Verwendung zur Gewinnung von Mesityloxyd und dessen Folgeprodukten
finden, so ist eine besondlerle Entfernung
des Wassers nicht nötig.
Es kann im Anschluß an den Dehydratisierungsprozeß zusammen mit dem dort gebildeten
Wasser gemeinsam entfernt werden.
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Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, -nicht nur die eingangs
genannten Nachteile der früheren Verfahren zu vermeiden, man hat darüber -hinaus
noch den wesentlichen Vorteil einer absoluten Gleichmäßigkeit der Reaktionsführung.
Man erhält sehr einheitliche Endprodukte ohne das Auftreten von Uberkondensationen
und Verharzungen, die zu einer Verfärbung des Produktes führen können und auch die
effektiven Ausbeuten schmälern. Während bei Festbettkatalysatoren der üblichen Art
eine Gewinnung von nur etwa 50 kg reinem Diacetonalkohol pro kg Kontakt möglich
ist, beträgt die effektive Umsatzleistung beim erfindungsgemäßen Verfahren rund
1000 kg pro kg Kontakt, also das 28fache.
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Als Katalysatofen kommen für das erfindungsgemäße Verfahren vor allem
Natron- und Kalilauge in Frage. Vorzugsweise wird Kalilauge verwendet, die eine
etwa 1,2- bis 1,4fach höhere Wirksamkeit als Natronlauge zeigt.
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In Fig. 1 ist der Einfluß der Wasserzugabe auf die Löslichkeit von
Natriumhydroxyd gezeigt. Aus der Darstellung ergibt sich deutlich, daß bereits 1
bis 30/0 Wasser genügen, um die für die Reaktion optimalen Alkalimengen zu lösen.
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Fig. 2 zeigt eine zur kontinuierlichen Durchführung der Lösungskondensation
geeignete Vorrichtung.
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Über die Pumpen 1 und 2 und Leitungen 7 und 8 werden dem Reaktor 3
Aceton aus Behälter 4 und wäßriger Katalisator aus Behälter 5 kontinuierlich zugeführt.
Durch besondere Formgebung des Reaktors (Einbau von Umlenkblechen 6) werden gleichmäßige
Strömungsverhältnisse und somit nicht nur eine statistische Verweilzeit für die
durchfließende Gesamtflüssigkeit, sondern auch eine spezielle gleichbleibende Verweilzeit
für jedes Molekül gewährleistet.
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Die durch Leitung 9 austretende Reaktionsflüssigkeit wird einer Aufkonzentrierungskolonne
10 zugeführt.
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Gleichzeitig wird eine aliquote Menge Säure, z. B.
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Phthalsäure, aus Tank 11 über Pumpe 12 durch Leitung 13 zur Neutralisation
der Lauge und zur Stabilisierung des Reaktionsgemisches eingeschleust Das Umsatzprodukt,
das je nach den Gleichgewichtsbedingungen rund 10 bis 12 O/o Diacetonalkohol enthält,
wird in der Kolonne bei Normaldruck in Aceton und ein hochkonzentriertes Sumpfprodukt
von rund 80 bis 90 °/o Diacetonalkohol zerlegt, welches über Leitung 14 der weiteren
Verwendung zugeführt wird.
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Das abdestillierte Aceton kann über Leitung 15 in Behälter 4 wieder
zurückgeführt werden, so daß ein vollständiger Kreislaufprozeß erreicht wird.
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Über die zeitliche Beständigkeit der verschiedenen Katalysatoren
in Lösungs- und Festbettkondensation gibt Fig. 3 Aufschluß. Man erkennt sehr deutlich
den Leistungsabfall der Festbettkontakte gegenüber dem Lösungskontakt.
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Beispiel In einen 5-m3-Reaktor werden bei Raumtemperatur pro Stunde
1,6 mi Aceton und 301 Wasser, das 0,1 kg ätzkali enthält, eingeschleust. Die Einhaltung
dieser Temperatur ist aus Energiegründen zweckmäßig. Man kann das Verfahren aber
auch bei niedrigeren oder höheren Temperaturen durchführen. Der Reaktor hat die
Form eines langgestreckten Rohres, um parasitäre Konvektionsströmungen zu unterbinden.
Bei einer Verweilzeit von 3 Stunden gewinnt man ein Umsatzprodukt, welches vollkommen
klar und ohne Verfärbung ist. Entsprechend dem Gleichgewicht, welches sich auf Grund
der milden Reaktionsbedingungen und der völlig homogenen Verteilung des Katalysators
ohne jede Nebenreaktion einstellt, enthält das Umsetzungsprodukt 12 Gewilchtsprozent
Diacetonalkolhol.
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Das Reaktionsprodukt, dem zur Neutralisation noch 0,2 kg Phthalsäureanhydrid
je Stunde zugegeben werden, wird in üblicher Weise in einer ersten Destillationsstufe
auf rund 8010/o Diacetonalkohol aufkonzentriert und in einer anschltießenden Vakuumkoionne
zu einem Reinprodukt aufgearbeitet. Es ist aber auch möglich, das Rohprodukt aus
der ersten Destillation unmittelbar zur hydrolytischen Spaltung zu Mesityloxyd einzusetzen.
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PATENTANSPRUCEIE 1. Verfahren zur HersteIlung von Diacetonalkohol
durch Kondensation von Aceton mittels alkalisch wirkender Katalysatoren, dadurch
gekennzeichnet, daß man für die Kondensation ein Aceton-Wasser-Gemisch verwendet,
dessen Wassergehalt so eingestellt wird, daß in dem Gemisch die notwendige Menge
Katalysator gelöst wird.