164765. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés DL-alfa-hidroxi-béta-béta-dimetil-alfa-butirolakton (DL-pantoloakton) előállítására

3 . 164765 4 tont állítanak eló'. Ezzel az eljárással 86%-os hozam érhető' el. Az eddig ismert eljárások különböző hátrányokkal rendelkeznek. A formizobutiraldol kondenzációs termek elválasztásához kálíumkarbonátot kell alkalmazni, ami a költségeket megnöveli. Hasonlóképpen kedvezőtlen a formizobutiraldol és aldehid-hidrogénszulfit vegyület elkülönítése. A DL-pantolakton szintézis egyes lépéseiben a hosszú állás- és hűtés-idő akadályozza a folyamatos munkavégzést. A szintézis gyakorlati megoldása kényelmetlen es a kalciumklond alkalmazása ugyan megnöveli a DL-pantolakton hozamot, de a hosszú reakcióidővel járó hátrányok itt is megmutatkoznak. A nehézségeket növeli a művelet során fellépő szuszpenzió-képződés is. A találmány szerinti eljárás feladata, hogy megfelelő berendezéssel folyamatos munkafolyamatot alakítson ki, a reakciókörülmények célszerű megválasztásával kedvező DL-pantolakton hozamot biztosítson, és a fent említett hátrányokat kiküszöbölje. A formizobutiraldol- cíánhidrin találmány szerinti előállítását egy církulár-reaktorban végezzük, amelyben az oldószert megfelelő szivattyú alkalmazásával állandó áramlásban tartjuk, a reakcióban résztvevő anyagokat. így nátriumcianid-oldat és izobutiraldehid, formalin és célszerűen egy oldást közvetítő anyag normál hőmérsékletre hűtött elegyét egy adagolószivattyú segítségével folyamatosan tápláljuk be. A reaktort egy hőkicserélővel látjuk el. ami lehetővé teszi, hogy a keletkező mintegy 30 Kcal/Mol hőmennyiséget keverés révén pillanatok alatt eltávolítsuk es az erős helyi felmelegedést elkerüljük. Ennek következtében a mellékreakciók és főleg a magasabb hőmérsékleten végbemenő egyensúlyi reakciók megfordított folyamatai lecsökkennek. A szakaszos üzemű eljárás helyett alkalmazott folyamatos eljárás a formizobutiraldol-ciánhidrin hozam növekedését eredményezi. A reakciót 0-30, célszerűen 20 C° hőmérsékleten végezzük. A reakcióelegy közepes átfutási ideje 6-20, célszerűen 10 perc. Ezt követően egy cirkuláció nélkül átfolyást biztosító utókezelő' reaktorban mérsékelt melegítés mellett 15-40, célszerűen 25 percig tartjuk az oldatot, amikor is a reakció végbemegy. Mindent összevetve a találmány szerinti eljárásnál a formizobutiraldol-ciánhidrin szintézis reakcióideje 2,5 órától mintegy 35 percre csökken, ami a berendezés teljesítményét lényegesen megnöveli. A formizobutiraldol- ciánhidnn ezt követő hidrolízisét és az ezt követő laktonképzést egy saválló csőreaktorban végezzük: a művelethez nem oxidáló erős savat, célszerűen koncentrált sósavat alkalmazunk. A formizobutiraldol- ciánhidrin oldatot szivattyú segítségével egy szelepen keresztül az ásványi sav adagolása közben a csőreaktorba tápláljuk, miközben a komponenseket 0,1 percnél rövidebb idő alatt összekeverjük. Ezt követően a reakcióelegyet 120-150, célszerűen 130 C°-hó'mérsékietre melegítjük fel. A művelethez szükséges idő 2-3 perc, az alkalmazott nyomás 15-20 atm. A savanyú pantolakton oldat a reaktorból egy fojtószelepen lép ki, az oldatot egy iepárlóíoronyban metanoltól, a melléktermékként képződött metilkloridtól és a hidrogéncianid utolsó nyomaitól ismert módon megszabadítjuk, majd szerves oldószerrel ismert módon extraháljuk. A csőreaktorban, nyomás alatt, a találmány szerint végzett folyamatos eljárás lehetővé teszi, hogy az eddig alkalmazott hőmérsékleteknél magasabb hőmérsékleten, a savas elegy forráspontián végezzük a műveletet. A magas reakcióhó'mérséklet következtében reakcióidő nagymértékben lecsökken, ami rövid ido alatt nagymennyiségű reakcióoldat átfutását teszi lehetővé. Az eljárás további előnye, hogy az alkalmazott magas hőmérsékleten a reakció során keletkező hidrogéncianid, amit az eddig ismeri eljárásoknál külön kellett eltávolítani, elszappanosodik. A zárt rendszerben végzett folyamat további előnye, hogy egészség- és munkavédelem szempontjából kedvezőbb. A találmánv szerinti eljárásban, a betáplált ízobutiraldehidre számított pantolakton hozam 75 -80% között van. A találmány szérum eljárás előnye megmutatkozik, ha a hozam értékeket a termék előállításához szükséges reaktortérfogathoz és az előállítási időhöz viszonyítjuk. A hozam/térfogat idő összefüggés elemzésekor a találmány szerinti eljárásnál 0,515 kg/liter óra értéket kapunk. Ezzel szemben ez az 5 érték az ismertetett kalcium kloriddal dolgozó japán szabadalmi leírás szerint egy magas hozam (84%) esetében is csak 0,048 kg/liter óra. Ez azt jelenti, hogy a találmány szerinti eljárás lényegében magasabb termelékenységet biztosít. Az eljárást az alábbi példák világítják meg: /. példa A 2 keverőedényben la, lb, le tápszivattvúk segítségével 15 folyamatosan óránként az alábbi anyagokai tápláljuk be: 5,45 liter 30%-os formalin, 5,35 liter izobutiraldehid es 2.35 liter metanol: az elegyet keverés közben 3 hűtő segítségével normál hőmérsékletre hűtjük le, az elegyhez óránként 9,25 liter, 2,9 kg/óra nátriumcianid tartalmú nátriumcianid oldatot 20 adunk (az ld szelepen át) a reakciókomponenseket a 3,4 liter térfogatú 4 cirkulár-reaktorba (1. ábra) 5a, 5b szelepeken keresztül tápláljuk be. A betáplálás sebessége a szelepekben 10 m/sec. A reakcióelegyet a církulár-reaktorban a 6 szivattyú 25 segítségével tartjuk körforgásban, az oldat áramlási sebessége 5700 liter/óra: az áramlási szám 260: a komponensek a reaktorban átlagosan 10 percig maradnak. A 7 hőkicserélő segítségével a reakcióhó'mérsékletet 20 C° alatt tartjuk. A kilépő reakcióterméket 15 C°-ra hűtjük le, és a 8 utókezelő 30 edénybe vezetjük, ahol az áramlás alulról felfelé irányul. A 8,4 liter térfogatú edényben a reakcióelegyet mintegy 25 percig tartjuk. A reakció befejeződése után a formizobutiraldol- ciánhidnn oldatot egyidejű 12 liter/óra sósav (s=1.19) hozzáadásá-35 val, egy belül platina bevonattal ellátott csőreaktorba visszük. A formizobutiraldol- ciánhidrin oldatot az lf tápszivattyú (átmérő 0,6 mm, áramlási sebesség mintegy 20 m/sec), a sósav oldatot az le tápszivattyú segítségével juttatjuk be a reakciótérbe. A reaktorban 15-20 atm nyomást alkalma-40 zunk. A reaktor első szakasza platina bevonattal rendelkezik és hó'kicserélőnek van kiképezve. Gőz segítségével a reakcióelegyet 130 C°-ra melegítjük. A reaktor második szakaszában, ahol a belső bevonat polítetrafluoretilén, a reakcióelegyet 2,1 -2,5 percig tartjuk. 45 A csőreaktor átmérője 16 mm, a hőkicserélő szakasz hosszúsága 3 m, a reakciótér hosszúsága 6 m. Az elszappanositott termeket a 11 fojíószelepen keresztül normál nyomásra csökkentjük, és a folyamatosan működő 12 kolonnába vezetjük. 50 A reakciótermék metanol és metilénklorid tartalmát vízgőzzel eltávolítjuk. A kolonna alján lejövő termeket normál hőmérsékletre hűtjük, majd a folyamatos működésű 13 pulzáeiós kolonnába vezetjük es kloroformmal eHenaramban extraháljuk. 55 A kloroformos extraktumból óránként 6,9-7,3 kg 90%-os tisztaságú pantolaktont kapunk. Ez megfelel 75-80%-os elméleti hozamnak (a betáplált izobutiraldehidre és nátríumcianidra vonatkoztatva.) 60 2. példa Az I. példa szerint eljárva 5,45 liter/óra formaimból OD'" i s.35 liter/óra izobutiraldehidből. 9,25 liter/óra nátri-65 umcianid oldatból és 12 liter/óra koncentrált sósavból kiindulva, oldásközvetííó' alkalmazása nélkül 7 kg 90%-os tisztaságú pantolaktont kapunk. Hozam 76%. 70 3. példa Az 1. példa szerint eljárva 5.45 liter/óra formai int (30'"), 5,35 liter/óra izobutiraldehidet, 2.35 liter/óra metanolt. 9 25 liter/óra nátriumcianid oldatot és 12 liter/óra kénsavat (46%) 75 használunk fel. A církulár-reaktorban 5 C° hőmérsékleten 2(1 2