Preparación de aldehídos insaturados en alfa, beta mediante una bomba mezcladora de reacción.

Procedimiento para la preparación de aldehídos insaturados en α

,ß, en el que dentro de un reactor, que es atravesado continuamente por la corriente circulante, se lleva a cabo una condensación aldólica catalítica de unos aldehídos de partida en presencia de una base acuosa,

caracterizado por que

en el caso del reactor se trata de una bomba mezcladora de reacción, que tiene las siguientes características

a) un alojamiento de bomba situado fijamente,

b) un rodete apoyado de manera capaz de girar en el alojamiento de la bomba, que tiene un gran número de cámaras de mezcladura que se extienden radialmente y se abren hacia el perímetro del rodete,

c) un canal de mezcladura que envuelve a las cámaras de mezcladura, el cual se extiende dentro del alojamiento de la bomba a lo largo del perímetro del rodete,

d) por lo menos una conducción de afluencia para los eductos de la reacción y una conducción de evacuación para los productos de la reacción, estando la conducción de afluencia y la conducción de evacuación unidas una con otra conduciendo fluidos a través del canal de mezcladura,

e) un motor, por medio del cual el rodete es propulsable de manera rotatoria.

Preparación de aldehidos insaturados en alfa, beta mediante una bomba mezcladora de reacción

El invento se refiere a un procedimiento para la preparación de aldehidos insaturados en a,(3, en cuyo caso, dentro de un reactor atravesado continuamente por una corriente, se lleva a cabo una condensación aldólica catalítica de unos aldehidos de partida en presencia de una base acuosa.

Tal procedimiento se conoce a partir del documento de solicitud de patente internacional WO 24/65342 A1.

Unos aldehidos insaturados, debido a su reactividad, son eductos (productos de partida) para la preparación de un gran número de compuestos orgánicos. Su hidrogenación selectiva proporciona los correspondientes aldehidos saturados, que constituyen asimismo la base de muchas síntesis. La oxidación de los aldehidos da lugar a unos ácidos carboxílicos, que se aprovechan a escala técnica. La hidrogenación de los aldehidos da lugar a unos alcoholes saturados, que se utilizan para la preparación de agentes plastificantes y detergentes.

La reacción aldólica del n-butiraldehído mediando una simultánea separación de agua para dar el 2-etil-hexenal se ejecuta a gran escala en todo el mundo, puesto que el producto de hidrogenación, el 2-etil-hexanol, se emplea en gran extensión como un alcohol plastificante. Como catalizador sirve usualmente una base, que está disuelta en agua. Es típica la utilización de una lejía de sosa acuosa con un contenido de NaOH situado en la región de algunos tantos por ciento. La reacción se lleva a cabo frecuentemente en un intervalo de temperaturas de 8 - 15 °C, a una presión que está situada por debajo de 5 bares, y con una relación de fases entre la fase orgánica y la fase acuosa de catalizador de 1 por 2 (véase la cita bibliográfica Hydrocarbon Processing [Tratamiento de hidrocarburos], octubre de 198, sección 2, páginas 93 - 12). Esta reacción se puede realizar p.ej. en un recipiente con sistema agitador (véanse los documentos de patentes alemanas DE 19 6 85, DE 927 626), en una columna empaquetada, que se hace trabajar en contracorriente (G, Dümbgen, D. Neubauer, Chemie-Ing-Techn., 41, 974 (1969), o en un tubo de circulación (véase el documento de patente británica GB 761 23). Todos estos procedimientos proporcionan el 2-etil-hexenal con unos grados de conversión de 98,5 % y en una selectividad de hasta 98 %. En este caso, resulta desventajoso el hecho de que a unas temperaturas relativamente altas se pierde irreversiblemente una parte del n-butiraldehído empleado por causa de la reacción de Cannizzaro. El ácido butirico que se forma en el caso de la reacción de Cannizzaro neutraliza al catalizador de carácter básico. Por lo tanto, una parte de la solución del catalizador con una alta carga de material orgánico se tiene que retirar constantemente y reemplazar por un catalizador fresco (= de nueva aportación).

De una manera análoga a la del n-butiraldehído, el n-pentanal (n-valeraldehido) se puede convertir químicamente en el aldehido de Cío insaturado 2-propil-heptenal. La condensación aldólica de los aldehidos de C5 se puede llevar a cabo en unos reactores que están provistos de sistemas de agitación los cuales, para realizar la evacuación del calor, están equipados con unos intercambiadores de calor situados en su interior. Este modo de realizar la reacción se describe p.ej. en el documento WO 93/234 A1 y, a causa de las piezas móviles, es mecánicamente susceptible y costosa en cuanto a su construcción y su mantenimiento debido a los intercambiadores de calor que están montados dentro del reactor.

Para la condensación aldólica de aldehidos es característica la participación en el episodio de reacción de dos fases liquidas (la fase orgánica de los aldehidos, la fase acuosa del catalizador), que prácticamente no son miscibles. La consecución de unos altos grados de conversión y de unas altas selectividades presupone de antemano por lo tanto que las dos fases líquidas no miscibles entre ellas sean puestas en un intimo contacto una con otra durante la reacción, con el fin de superar la inhibición de la transición de sustancias entre las fases. Mediante unas adecuadas medidas técnicas de procedimiento se tiene que producir, por lo tanto, una superficie lo más grande que sea posible para la transición de sustancias entre ambas fases.

De acuerdo con el estado de la técnica que se ha expuesto en el documento WO 93/234 A1, la transición de sustancias entre la fase orgánica que contiene aldehidos y la fase acuosa del catalizador, en el caso del empleo de unos recipientes con sistemas de agitación es garantizada por una agitación intensa y, en el caso de la utilización de unos reactores tubulares, por una circulación turbulenta.

La agitación en el recipiente con sistema de agitación requiere, sin embargo, la introducción de energía mecánica para la propulsión de los órganos agitadores. Con el fin de reducir los costes de producción, es deseable introducir del modo más eficaz que sea posible el trabajo mecánico de agitación que se requiere para el mantenimiento de la reacción, a fin de disminuir el consumo global de energía.

A partir del documento WO 24/65342 A1 se conoce el recurso de llevar a cabo la aldolización en un reactor, que está ejecutado a base de un tubo así como de un segmento con unos elementos de arremolinamiento situados fijamente. Una bomba centrífuga hace que la mezcla de reacción circule a través del tubo, con lo cual resultan unas turbulencias junto a los elementos de arremolinamiento. La circulación turbulenta del liquido de reacción da lugar a un arremolinamiento de sus fases, con lo que se hace posible la transición de sustancias entre ellas. Posiblemente, en el caso de la forma de realización de aparatos que se ha descrito aqui, se trate de un reactor de bucle (en inglés

loop). No existen ejemplos comparativos acerca de si la efectividad del arremolinamiento de un tal reactor de aldollzaclón es mejor que la de un reactor con unos órganos agitadores rotatorios.

En cualquier caso, el modo constructivo que se ha descrito en el documento WO 24/65342 A1, de un reactor de aldollzaclón con unos elementos de arremolinamiento situados fijamente, que están dispuestos por fuera de la bomba centrífuga, tiene la desventaja de poseer un gran volumen propio. El volumen propio (en inglés "hold up") de un aparato, que es recorrido por una corriente durante el funcionamiento, describe al volumen del fluido, que en el estado de reposo de la instalación - estando desconectadas las bombas - permanece en el aparato. El volumen propio del reactor de aldolización que se divulga en el documento WO 24/65342 A1 se compone a base del volumen de las conducciones, del volumen del sector de arremolinamiento y del alojamiento de la bomba.

Como un reactor para la conversión química continua de unos reaccionantes reactivos y tóxicos se han destacado las denominadas bombas mezcladoras de reacción, gracias a su pequeño volumen propio.

Una bomba mezcladora de reacción, en el sentido que aquí se utiliza, comprende:

a) un alojamiento de bomba situado fijamente,

b) un rodete apoyado de manera capaz de girar en el alojamiento de la bomba, que tiene un gran número de cámaras de mezcladura que se extienden radialmente y se abren hacia el perímetro del rodete,

c) un canal de mezcladura que envuelve a las cámaras de mezcladura, el cual se extiende dentro del alojamiento de la bomba a lo largo del perímetro del rodete,

d) por lo menos una conducción de afluencia para los educios de la reacción y una conducción de evacuación para los productos de la reacción, estando la conducción de afluencia y la conducción de evacuación unidas una con otra conduciendo fluidos a través del canal de mezcladura,

e) un motor, por medio del cual el rodete es propulsable de manera rotatoria.

Acerca de la realización de reacciones con ayuda de bombas mezcladoras de reacción se informó hasta ahora lo siguiente:

La reacción del fosgeno en la cita bibliográfica de Fink, Dieter y Wólfert, Andreas: Pumpen, die mitmischen (Bombas que mezclan concomitantemente). Chemie Technik [Química técnica], julio de 27, páginas 52 - 54.

La preparación de policarbonatos en el documento DE1288841A1.

La reacción de pseudoiononas para dar las correspondientes iononas en el documento WO 97/43254. En este caso se trata, sin embargo, de una ciclización en condiciones ácidas, y no de una condensación aldólica en condiciones alcalinas.

Hasta ahora, no se había dado a conocer el recurso de realizar unas aldolizaciones con ayuda de bombas mezcladoras de reacción.

A la vista de este estado de la técnica, el invento se basa en la misión de indicar un procedimiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de aldehidos insaturados en a,(3, en el que dentro de un reactor, que es atravesado continuamente por la corriente circulante, se lleva a cabo una condensación aldólica catalítica de unos aldehidos de partida en presencia de una base acuosa,

caracterizado por que

en el caso del reactor se trata de una bomba mezcladora de reacción, que tiene las siguientes características

a) un alojamiento de bomba situado fijamente,

b) un rodete apoyado de manera capaz de girar en el alojamiento de la bomba, que tiene un gran número de cámaras de mezcladura que se extienden radialmente y se abren hacia el perímetro del rodete,

c) un canal de mezcladura que envuelve a las cámaras de mezcladura, el cual se extiende dentro del alojamiento de la bomba a lo largo del perímetro del rodete,

d) por lo menos una conducción de afluencia para los eductos de la reacción y una conducción de evacuación para los productos de la reacción, estando la conducción de afluencia y la conducción de evacuación unidas una con otra conduciendo fluidos a través del canal de mezcladura,

e) un motor, por medio del cual el rodete es propulsable de manera rotatoria.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque, estando girando el rodete, los aldehidos de partida y la base acuosa llegan al canal de mezcladura a través de una conducción común o a través de unas conducciones de aportación separadas, por que la condensación aldólica se efectúa dentro del canal de mezcladura, y por que los aldehidos ¡nsaturados en a,(3 abandonan el canal de mezcladura por la conducción de evacuación como productos de reacción.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la condensación aldólica se efectúa exclusivamente dentro del canal de mezcladura.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por que el rodete gira con una velocidad circunferencial que es mayor que la velocidad media de fluencia de los reaccionantes a lo largo del canal de mezcladura.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 hasta 4, caracterizado por que la temperatura en el canal de mezcladura se mantiene dentro del intervalo de 5 a 18 °C.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 hasta 5, caracterizado por que la relación cuantitativa de la base acuosa a los aldehidos de partida en la conducción de afluencia está situada en el intervalo de 2 a 4.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 hasta 6, caracterizado por que el período de tiempo de permanencia en la bomba mezcladora de reacción es de ,1 a 2 segundos.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 hasta 7, caracterizado por que unos pentanales se convierten químicamente en unos decenales.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que se emplea una mezcla de aldehidos de C5 con un contenido de n-pentanal de por lo menos 9 % en masa.

1. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que se emplea una mezcla de aldehidos de C5 con un contenido de n-pentanal de por lo menos 95 % en masa.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la temperatura en el canal de mezcladura está situada entre 11 °C y 14 °C.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la relación cuantitativa de la base acuosa a los aldehidos de partida en la conducción de afluencia está situada en el intervalo de 4 a 24.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que el período de tiempo de permanencia en la bomba mezcladora de reacción es de ,1 a 1,5 segundos.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la descarga de la bomba, que abandona la bomba mezcladora de reacción por la conducción de evacuación, es sometida a una separación de fases en el intervalo de temperaturas de 7 a 12 °C.