Способ непрерывного получения водных растворов бетаина
Настоящее изобретение относится к способу непрерывного получения водного раствора бетаина формулы (I), в которой n равно 1, 2 или 3, R1 и R2 означают прямолинейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от 1 до 3 атомов углерода, R означает прямолинейную или разветвленную углеводородную цепь, содержащую от 3 до 30 атомов углерода, или группу -A-NH-CO-R3, где R3 означает прямолинейную или разветвленную углеводородную цепь, содержащую от 3 до 30 атомов углерода, и А означает углеводородную прямолинейную или разветвленную двухвалентную группу, содержащую от 1 до 6 атомов углерода, необязательно замещенную гидроксильной группой, предпочтительно выбранную из групп -CH2-CH2-CH2- и -CH2CHOH-CH2-. Предлагаемый способ включает реакцию амина формулы NRR1R2, где значения R, R1 и R2 приведены выше, с ω-галокарбоновой кислотой формулы X-(CH2)n-COOH, в которой Х означает атом галогена, n имеет указанное выше значение, в присутствии воды и основания, например гидроокиси щелочного металла или более конкретно KOH или NaOH. Способ отличается тем, что его осуществляют в устройстве, состоящем из по меньшей мере двух последовательных реакторов (R1) и (R2), причем реактор (R2) выполнен трубчатым. Способ позволяет получать водные растворы бетаина повышенной концентрации и постоянного качества при уменьшенном времени выдержки. 13 з.п. ф-лы, 5 ил., 11 пр.
Настоящее изобретение относится к способу непрерывного получения водных растворов бетаина.
Глифосат (N-(фосфонометил)глицин, C3H8NO5P) представляет собой гербицид, который хорошо известен среднему специалисту. Существуют разные композиции, содержащие этот гербицид. Для конечного пользователя (а именно для земледельца) особенно желательно располагать готовыми к применению композициями.
Указанный гербицид присутствует, в частности, в виде композиций с содержанием глифосата, воды и по меньшей мере одного ПАВ.
В настоящее время известны преимущественно композиции, содержащие глифосат и поверхностно-активные вещества из семейства этоксилированных аминов жирного ряда. Однако эти ПАВ известны как токсичные для окружающей среды, вызывающие раздражение и слабо биологически разлагаемые ПАВ.
Таким образом, в настоящее время эти ПАВ заменяются другими ПАВ, в частности соединениями четвертичного аммония из семейства бетаинов.
Получение водных растворов бетаинов в результате реакции третичных аминов с ω-галокарбоновой кислотой в водной фазе среднему специалисту хорошо известно, в частности, из US 3819539 и US 4497825.
Получаемые водные растворы содержат преимущественно бетаин, соль образовавшегося галогена щелочного металла и воду.
Такие растворы могут применяться в том виде, в каком они получаются. Однако в том случае, когда в них содержится слишком большое количество остаточного амина, свойства таких растворов ухудшаются.
В патенте США 5292942 раскрыт способ непрерывного получения водных растворов бетаина по меньшей мере в двух реакторах с перемешиванием. Однако данный способ является длительным в связи со слишком значительным временем выдержки реактивов, превышающим 10 часов, что не позволяет быстро извлекать конечный продукт. Реакторы с перемешиванием, используемые в этом патенте, характеризуются широким распределением продолжительности выдержки реагентов, что при смене продукции делает необходимым, с точки зрения объемов и природы произведенного бетаина и пр., выжидать по времени по меньшей мере три цикла каждого реактора для получения продукта приемлемого качества. Поэтому согласно указанному патенту до получения высококачественного продукта необходимо ждать в течение по меньшей мере 50 часов, причем произведенный в это переходное время продукт приходится списывать и уничтожать. Учитывая такое длительное время выдержки, при заданной производительности необходимо использовать оборудование, имеющее значительный объем, при котором становится невозможна транспортировка и который приводит к высокой стоимости оборудования с точки зрения капиталовложений.
Целью настоящего изобретения является создание способа получения водных растворов бетаина, характеризующегося уменьшенным временем выдержки.
Также целью настоящего изобретения является создание гибкого и надежного способа получения водных растворов бетаина постоянного качества без применения этапа коррекции качества.
Также целью настоящего изобретения является создание способа получения водных растворов бетаина, характеризующегося возможностью непрерывного осуществления этапов получения бетаина и, таким образом, возможностью избежать периодических этапов смешения и хранения.
Также целью настоящего изобретения является создание быстрого и простого способа получения водных растворов с повышенной концентрацией бетаина.
Настоящее изобретение относится к способу непрерывного получения водного раствора бетаина следующей формулы (I):
где:
- n равно 1, 2 или 3,
- R1 означает алкильную прямолинейную или разветвленную группу, содержащую от 1 до 3 атомов углерода, предпочтительно метильную группу,
- R2 означает прямолинейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от 1 до 3 атомов углерода, предпочтительно метильную группу,
- R означает:
либо прямолинейную или разветвленную углеводородную цепь, предпочтительно алкильную группу, с содержанием от 3 до 30 атомов углерода, в частности от 3 до 20 атомов углерода,
либо группу -A-NH-CO-R3,
где: R3 - прямолинейная или разветвленная углеводородная цепь, предпочтительно алкильная группа, с содержанием от 3 до 30 атомов углерода, в частности от 3 до 20 атомов углерода, и
А - углеводородная прямолинейная или разветвленная двухвалентная группа, содержащая от 1 до 6 атомов углерода, необязательно замещенная гидроксильной группой и предпочтительно выбранная из групп: -CH2-CH2-CH2- и -CH2CHOH-CH2-;
включающему реакцию амина формулы NRR1R2, где значения R, R1 и R2 приведены выше, с ω-галокарбоновой кислотой формулы Х-(СН2)n-СООН, в которой Х означает атом галогена, n имеет указанное выше значение, в присутствии воды и основания, например гидроокиси щелочного металла или более конкретно КОН или NaOH,
отличающемуся тем, что этот способ осуществляется в устройстве, состоящем из по меньшей мере двух последовательных реакторов (R1) и (R2), причем реактор (R2) выполнен трубчатым.
Согласно настоящему изобретению выражение «углеводородная цепь» означает группу, содержащую атомы углерода и атомы водорода, в частности алкильные группы.
Согласно настоящему изобретению «алкильные» радикалы представляют собой насыщенные углеводородные радикалы с прямолинейной или разветвленной цепью, содержащие, например, от 1 до 3 атомов углерода или же от 3 до 30, предпочтительно от 3 до 20, атомов углерода (обычно они могут быть представлены формулой СnН2n+1, где n означает количество атомов углерода). Примерами прямолинейных алкильных радикалов являются метильный, этильный, пропильный, бутильный, пентильный, гексильный, октильный, нонильный и децильный радикалы. Примерами разветвленных алкильных радикалов или алкильных радикалов, замещенных одним или несколькими алкильными радикалами, являются изопропильный, трет-бутильный, 2-этилгексильный, 2-метилбутильный, 2-метилпентальный, 1-метилпентильный и 3-метилгептильный радикалы.
В формуле (I) группы R1 и R2 могут быть одинаковыми или разными.
Предпочтительно в формуле (I) R означает алкильную группу, содержащую от 12 до 14 атомов углерода.
Из атомов галогена, говоря об X, следует перечислить атомы фтора, хлора, брома и йода. Предпочтительно Х означает атом хлора.
Следовательно, способ по настоящему изобретению заключается в получении водных растворов бетаина, т.е. растворов, содержащих по меньшей мере бетаин (соответствующий приведенной выше формуле (I)) и воду.
В противоположность способам периодического типа, часто применяемым для получения растворов бетаина, способ по настоящему изобретению является непрерывным.
Следовательно, способ по изобретению включает непрерывное осуществление всех его этапов.
Например, реактивы, в частности амин и кислота, вводятся в устройство непрерывно, а не за один прием, как это делается в способе периодического типа.
В частности, способ по настоящему изобретению заключается в осуществлении реакции амина формулы (I) с ω-галокарбоновой кислотой, при этом данная реакция хорошо известна среднему специалисту.
Упомянутая реакция протекает в присутствии основания, обеспечивающего подходящие условия показателя pH, и следовательно, ω-галокарбоновая кислота присутствует в виде карбоксилата.
Из оснований, используемых для реакции амина с кислотой, можно перечислить, в частности, KOH или NaOH, а также любое другое сильное основание, такое как LiOH, CsOH или Ca(OH)2. Предпочтительно в качестве основания используется гидроксид калия.
Амин, используемый в рамках осуществления способа по настоящему изобретению, может присутствовать в виде смеси нескольких аминов.
Аналогичным образом кислота, используемая в рамках осуществления способа по настоящему изобретению, может присутствовать в виде смеси нескольких кислот.
Устройство, применяемое в рамках настоящего изобретения, содержит по меньшей мере два реактора, предпочтительно два реактора (R1) и (R2).
Два этих последовательных реактора имеют каскадное расположение, т.е. располагаются один за другим. Следовательно, выход реактора (R1) соединен с входом реактора (R2).
Расположенный выше реактор (R1) может быть реактором любого типа, т.е. реактором с перемешиванием или трубчатым реактором, реактор (R2) выполнен трубчатым.
Согласно способу по изобретению амин и ω-галокарбоновая кислота непрерывно поступают в реактор (R1) и реагируют между собой с образованием водного раствора бетаина, отбираемого на выходе реактора (R2). Затем реакционная смесь (М), отбираемая на выходе реактора (R1), непрерывно, т.е. по мере протекания реакции, вводится в реактор (R2).
Согласно предпочтительному варианту осуществления способ по настоящему изобретению включает в себя:
а) этап введения в реактор (R1) воды, основания, амина и ω-галокарбоновой кислоты;
б) этап проведения реакции между амином и ω-галокарбоновой кислотой в реакторе (R1) для получения на выходе реактора (R1) водной реакционной смеси (М), содержащей бетаин, амин и ω-галокарбоновую кислоту;
в) этап введения реакционной водной смеси (М) в реактор (R2) для продолжения реакции между амином и ω-галокарбоновой кислотой; и
г) этап отбора на выходе реактора (R2) водного раствора (М′) бетаина, содержащего бетаин в количестве по меньшей мере 20 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 30 вес.%, амин - в количестве менее 2,5 вес.%, предпочтительно менее 1,65 вес.%, и кислоту - в количестве менее 1,5 вес.%, например менее 1 вес.%, предпочтительно менее 0,7 вес.%.
Реакционная смесь (М) по большей части содержит бетаин, предпочтительно в количестве не более 30% от общего веса смеси. Также в ней содержатся остаточные амин и ω-галокарбоновая кислота. Амин присутствует в смеси (М) в количестве от 3 до 6 вес.%, предпочтительно 5 вес.%, кислота - в количестве от 2 до 5 вес.%, предпочтительно 2 вес.%.
Также в этой смеси содержатся многочисленные продукты вторичных реакций, в частности гликолевая кислота.
Согласно одному варианту осуществления смесь (М) содержит 5 вес.% амина, 2 вес.% кислоты, 1 вес.% гликолевой кислоты и 26 вес.% бетаина.
Реакционная смесь (М′) содержит бетаин в количестве по меньшей мере 30 вес.%, предпочтительно от 30 до 50 вес.%. Согласно одному варианту осуществления количество бетаина в смеси (М′) составляет ок. 34% от общего веса композиции.
Все этапы способа по изобретению осуществляются непрерывно.
На этапе а) вода также может вводиться путем разбавления кислоты. В этом случае этот этап введения осуществляется в виде подвода трех потоков, а именно амина, разбавленной кислоты и основания.
Водная реакционная смесь (М), полученная на выходе ректора (R1) и введенная в реактор (R2), содержит воду, амин формулы (I), ω-галокарбоновую кислоту и бетаин, образовавшийся в реакторе (R1).
Эта реакционная смесь неприменима в таком виде из-за все еще слишком большого содержания остаточных амина и кислоты.
По мере протекания реакции концентрация бетаина возрастает в зависимости от времени нахождения в реакторе (R2).
Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления на этапе а) способа по изобретению с одной стороны вводят амин с основанием, а с другой стороны - кислоту с водой.
Предпочтительно амин и основание смешивают и вводят вместе, например, посредством смесителей или микросмесителей.
Предпочтительно кислота и вода смешиваются и вводятся посредством смесителей или микросмесителей.
Этот вариант осуществления позволяет исключить экзотермическую реакцию нейтрализации между кислотой и амином. Действительно, такая экзотермическая реакция может повлечь за собой проблемы кристаллизации, связанные с недостаточной растворимостью соли при данной температуре. Этот вариант осуществления позволяет также предупредить получение значительных количеств вторичных продуктов, реакции получения которых активируются при повышении температуры.
Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления способ по настоящему изобретению может содержать дополнительный этап б'), на котором на выходе реактора (R1) и перед введением этой смеси в реактор (R2) в реакционную смесь (М) вводится основание. Таким образом, этот этап проводится между этапами б) и в). Такая добавка основания может также вводиться непосредственно в реактор (R2).
Этим основанием может служить то же самое основание, которое использовалось в реакторе (R1), но оно также может быть и иным.
Таким образом, этот дополнительный этап позволяет контролировать показатель рН во время реакции в реакторах (R1) и (R2) и, следовательно, повышать скорость реакции и ограничивать протекание вторичных реакций. Предпочтительно рН на выходе реактора (R1) составляет более 7.
Способ по настоящему изобретению обеспечивает то преимущество, что исчезает необходимость в дополнительном этапе добавления соляной кислоты в раствор (М') в том случае, когда рН среды на выходе реактора составляет от 7 до 8.
Добавление точного количества необходимого основания (регулируемое посредством вторичного введения основания на участке между реакторами (R1) и (R2)) исключает необходимость в коррекции показателя рН на выходе реактора (R2), при этом данный показатель составляет от 7 до 8. Для сравнения, в реакторе периодического типа рН перед добавлением соляной кислоты составляет от около 10 до около 11.
Другой предпочтительный вариант осуществления способа по изобретению состоит в том, что на вход реактора (R1) повторно подается часть водного раствора (М') бетаина в смеси с амином и основанием. Таким образом можно отбирать преимущественно водный раствор (М') бетаина на выходе реактора (R2) для его повторного ввода в реактор (R1). Предпочтительно повторно вводят 1 вес.% раствора (М') от общего количества.
Этот вариант осуществления позволяет упростить растворимость амина и исключить расслаивание реакционной среды, которая вначале является двухфазной.
Согласно другому варианту осуществления способа выход реактора (R2) может быть сообщен с одним или несколькими смесителями, расположенными последовательно или параллельно, что позволяет непрерывно добавлять и смешивать добавки, такие как вода, глицерин, пропилен, сорбитол, гликоли, любой невосстанавливающий сахар, противовспенивающие средства, или их смеси, или любую другую жидкую добавку, необходимую для поточного получения композиций на основе бетаина.
Способ по настоящему изобретению позволяет получать водные растворы бетаина, пригодные для использования «как есть», т.е. пригодные для непосредственного использования для приготовления композиций, а именно гербицидных композиций, в частности композиций на основе глифосата.
Для этой цели устройство, применяемое в рамках настоящего изобретения, может быть связано со смесителями, содержащими соответствующие соединения для приготовления требуемых композиций. Таким образом, выход реактора (R2) может быть сообщен, например, со смесителем, содержащим воду, и со смесителем, содержащим глицерин.
Далее композиции могут непосредственно поставляться пользователям с помощью грузовых автомобилей. Таким образом исключается необходимость в применении разных установок. Т.е. можно непосредственно подсоединить устройство согласно изобретению к грузовому автомобилю для доставки композиции конечному пользователю.
Композиции, получаемые на основе водных растворов способом по изобретению, могут также содержать другие поверхностно-активные вещества, противовспенивающие вещества, растворители, предпочтительно смешивающиеся с водой растворители.
Предпочтительно, чтобы температура внутри реактора (R1) составляла от 80 до 110°С, предпочтительно от 90 до 100°С, преимущественно около 95°С.
Выбор таких температурных диапазонов является компромиссом между быстрым проведением главной реакции и попыткой ограничения протекания вторичных реакций в начальный период времени.
Температура внутри реактора (R2) составляет предпочтительно от 95 до 110°С, преимущественно от 100 до 105°С, в частности около 105°С.
В этом случае температуру в реакторе (R2) повышают для содействия протеканию вторичных реакций, при этом ускоряется также и ход основной реакции, причем конечная цель определяется техническими условиями на остаточное содержание кислоты и амина, т.е. требуемыми содержаниями кислоты и амина в конечном водном растворе бетаина.
Давление в реакторе (R2) составляет предпочтительно от 1 до 10 бар, преимущественно от 1,5 до 5 бар, в частности от 2 до 3 бар.
Давление выбирается с таким расчетом, чтобы температура кипения реакционной среды превышала рабочую температуру, так чтобы среда оставалась жидкой и однородной. Также давление может выбираться таким, чтобы оно превышало давление насыщенного пара среды при рабочей температуре.
Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления реактор (R1) выполнен трубчатым.
Таким образом, способ по настоящему изобретению предпочтительно осуществляется в устройстве, состоящем из двух трубчатых реакторов (R1) и (R2).
Согласно предпочтительному варианту осуществления способа по изобретению время выдержки амина и кислоты в реакторе (R1) составляет от 30 минут до 5 часов, предпочтительно от 30 минут до 3 часов, преимущественно от 40 до 80 минут.
Согласно предпочтительному варианту осуществления способа по изобретению время выдержки амина и кислоты в реакторе (R2) составляет от 30 минут до 5 часов, предпочтительно от 30 минут до 3 часов, преимущественно от 40 до 120 минут.
Особо предпочтительно, чтобы кислота, используемая в рамках способа по изобретению, была монохлороуксусной кислотой.
Особо предпочтительно, чтобы амин, используемый в рамках способа по изобретению, был лаурилдиметиламином.
Таким образом, особенно предпочтительный способ состоит в приведении в реакцию лаурилдиметиламина с монохлоруксусной кислотой в присутствии гидроксида калия и воды в устройстве, состоящем из двух трубчатых реакторов.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано устройство из двух реакторов (1) и (2), расположенных последовательно, т.е. соединенных между собой. Выход реактора (1) сообщен посредством (4) с входом реактора (2). На выходе (5) реактора (2) водный раствор бетаина, полученный способом по настоящему изобретению, может отбираться. Выход (5) может быть, при необходимости, сообщен либо непосредственно со средствами для загрузки грузовых автомобилей для поставки этих растворов, либо со средствами для приготовления композиций на основе водных растворов бетаина (более конкретно с мешалками).
Реактивы вводятся на (3) в реактор (1), а приготовленная реакционная смесь (М) выводится на (4) через выход реактора (1) для последующей подачи в реактор (R2).
На фиг.2 представлен вариант устройства с фиг.1.
Это устройство образовано двумя реакторами (1) и (2), соединенными между собой через (4) (выход реактора (1) подключен к входу реактора (2)). Реактивы подаются на вход (3) реактора (1). Кислота (6) и вода (7) поступают вместе с одной стороны, амин (8) и основание (9) поступают вместе с другой стороны.
Выход реактора (2) сообщен с одним или несколькими смесителями (12, 14, 16) для приготовления композиций, содержащих водные растворы бетаина (5) и другие соединения (11, 13, 15).
Данное устройство предусматривает также промежуточное добавление основания (10) на участке между выходом реактора (1) и входом реактора (2).
На фиг.3 представлен вариант осуществления устройства с фиг.1.
Вода (1) и кислота (2), с одной стороны, и амин (3) и основание (4), с другой стороны, вводятся посредством смесителей в первый трубчатый реактор (5), содержащий нагревательные средства (7). Выход первого реактора и вход второго трубчатого реактора (6) сообщены между собой посредством (9). Второй реактор (6) оборудован нагревательными средствами (8). На выходе реактора (6) водный раствор бетаина (10) отбирают.
На фиг.4 изображен другой вариант осуществления устройства с фиг.1.
Это устройство состоит из первого реактора (D) с перемешиванием и второго трубчатого реактора (Е). Разные реактивы (А, В, С) (кислота, амин и основание) непрерывно поступают непосредственно в реактор (D), снабженный средствами (F) для перемешивания.
На фиг.5 представлена детальная схема трубчатого реактора.
Реактивы (А) подаются в трубчатый реактор, а конечные продукты, в частности водный раствор бетаина, отбираются на выходе (В).
Данный реактор снабжен нагревательными средствами (С) на жидком теплоносителе.
Примеры
Общее описание способа
Способ по изобретению состоит в запуске насосов и их регулировке для достижения заданной производительности в запуске нагревательной ванны для поддержания температуры в реакторах. Как только в реакторе была достигнута соответствующая температура, общее время выдерживания для стабилизации установки увеличили вдвое, что составило около 4 часов, и провели отбор проб (как правило, 4 пробы с промежутком в 30 минут) с целью проверки воспроизводимости результатов замеров.
С использованием двух трубчатых реакторов (R1) и (R2) смешали амин LDMA с гидроксидом калия, содержащим 1% бетаина. Затем полученную смесь смешали с монохлоруксусной кислотой перед подачей в реакторы (R1) и (R2).
При комбинированном использовании реактора (R1) с перемешиванием и трубчатого реактора (R2) каждый компонент в реактор с перемешиванием вводили отдельно. Каждый ввод был подобен погружной трубе, из которой продукт высвобождается вблизи смесителя для тщательного перемешивания. Выходящий поток сливался через край и собирался в небольшой буферной емкости для питания насоса, которым жидкость нагнеталась в трубчатый реактор (R2).
Разные реактивы (амин, кислота, основание) вводились в реакторы с помощью насосов для хроматографии Гильсона.
Смесителями в устройстве по изобретению служили микросмесители производителя IMM.
Применявшиеся трубчатые реакторы представляли собой трубы для хроматографии с внутренними диаметрами 1/8 или 1/16 дюйма и длиной, определяемой длительностью выдержки. Такую трубу наматывали таким образом, чтобы были получены практически смежные витки и компактная намотка. Эту намотку заключали в корпус с циркулирующим в нем жидким теплоносителем, обеспечивающим нагрев/охлаждение труб. Циркуляция жидкого теплоносителя и контроль за его температурой обеспечивались с помощью термостатированной ванны с циркуляцией. В каждом корпусе содержалось две намотки, связанные между собой трехходовым клапаном снаружи корпуса, что позволяло производить отбор проб или нагнетание.
Пример 1
Этот пример осуществлялся в устройстве, состоящем из двух трубчатых реакторов (согласно схеме на фиг.3).
Лаурилдиметиламин вводили при скорости (Q1) 0,41 мл/мин, гидроксид калия (основание) (30-процентный) вводили в смеси с 1% бетаина при скорости (Q2) 0,26 мл/мин. Одновременно вводили монохлоруксусную кислоту (28-процентная) при скорости (Q3) 0,505 мл/мин.
Все реактивы загружались непрерывно в первый трубчатый реактор. Также гидроксид калия (30-процентный) вводился при скорости (Q4) 0,08 мл/мин на участке между выходом первого реактора и входом второго реактора.
В первом трубчатом реакторе температура Т1 поддерживалась равной 95°C, продолжительность выдержки (t1) реактивов составляла 41 минуту. Во втором трубчатом реакторе температура Т2 поддерживалась равной 105°С, продолжительность выдержки (t2) реактивов составляла 82 минуты.
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина с содержанием 0,4 вес.% монохлоруксусной кислоты, 1,5 вес.% остаточного амина и 1,6 вес.% гликолевой кислоты.
Такой водный раствор соответствует техническим условиям на применение в гербицидной композиции.
Пример 2
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 1. Условия в отношении скоростей были те же, но температурные условия были другие:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | Q4 (мл/мин) | Т1 (°С) | t1 (мин) | T2 (°С) | t2 (мин) |
| 0,41 | 0,26 | 0,505 | 0,08 | 100 | 41 | 100 | 82 |
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 0,26 | 2 | 1,6 |
Пример 3
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 1. Условия в отношении скоростей были те же, но температурные условия были другие:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | Q4 (мл/мин) | T1 (°С) | t1 (мин) | T2 (°С) | t2 (мин) |
| 0,41 | 0,26 | 0,505 | 0,08 | 95 | 41 | 100 | 82 |
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 0,56 | 1,8 | 1,4 |
Пример 4
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 1. Условия в отношении скоростей были те же, но температурные условия были другие:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | Q4 (мл/мин) | T1 (°С) | t1 (мин) | Т2 (°С) | t2 (мин) |
| 0,41 | 0,26 | 0,505 | 0,08 | 95 | 41 | 95 | 82 |
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 0,7 | 2 | 1,3 |
Пример 5
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 1. Условия в отношении скоростей были те же, но условия по температуре и продолжительности выдерживания были другие:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | Q4 (мл/мин) | T1 (°С) | t1 (мин) | T2 (°С) | t2 (мин) |
| 0,41 | 0,26 | 0,505 | 0,08 | 130 | 61 | 130 | 61 |
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 0 | 8,1 | 4,3 |
Было отмечено, что при повышенных температурах в реакторах (свыше 110°С) получали растворы бетаина со значительным содержанием остаточного амина.
Такие растворы не пригодны для применения в гербицидных композициях.
Пример 6
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 1, при следующих условиях:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | Q4 (мл/мин) | T1 (°С) | t1 (мин) | T2 (°С) | t2 (мин) |
| 0,3 | 0,18 | 0,36 | 0,06 | 95 | 83 | 95 | 83 |
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 0,2 | 2,12 | 1,4 |
Пример 7
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 1, при следующих условиях:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | Q4 (мл/мин) | Т1 (°C) | t1 (мин) | Т2 (°C) | t2 (мин) |
| 0,3 | 0,24 | 0,36 | 0 | 95 | 83 | 95 | 83 |
Этот пример осуществляли без промежуточного добавления гидроксида калия (на участке между выходом первого реактора и входом второго реактора).
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 0 | 8,3 | 3,4 |
Было отмечено, что промежуточное добавление гидроксида калия позволяет уменьшить содержание остаточного амина в целевом растворе бетаина.
Растворы, полученные способами, включающими такое добавление, обладают более привлекательными свойствами для применения в гербицидных композициях.
Пример 8
Этот пример осуществляли в устройстве с фиг.4, а именно в устройстве, содержащем реактор с перемешиванием и трубчатый реактор.
Лаурилдиметиламин вводили при скорости (Q1) 1,3 мл/мин, гидроксид калия (основание) (45-процентный) вводили при скорости (Q2) 0,55 мл/мин. Одновременно с ними вводили монохлоруксусную кислоту (19,9-процентную) при скорости (Q3) 2,24 мл/мин.
В первом реакторе (с перемешиванием) температуру T1 поддерживали равной 95°C, продолжительность выдержки (t1) реактивов составляла 140 минут. Во втором трубчатом реакторе температуру T2 поддерживали равной 95°C, продолжительность выдержки реактивов составляла 60 минут.
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина, содержащий 1,4 вес.% остаточной монохлоруксусной кислоты, 0,9 вес.% остаточного амина и 2,1 вес.% гликолевой кислоты.
Пример 9
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 8, при следующих условиях:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | Т1 (°С) | t1 (мин) | Т2 (°С) | t2 (мин) |
| 1,3 | 0,6 | 2,24 | 95 | 140 | 95 | 90 |
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 1,55 | 0,85 | 1,3 |
Пример 10
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 8, при следующих
условиях:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | T1 (°С) | t1 (мин) | T2 (°С) | t2 (мин) |
| 1,3 | 0,63 | 2,24 | 95 | 140 | 95 | 75 |
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 1,2 | 1,65 | 1,2 |
Пример 11
Этот пример осуществляли в том же устройстве, что и в примере 8, при следующих условиях:
| Q1 (мл/мин) | Q2 (мл/мин) | Q3 (мл/мин) | T1 (°С) | t1 (мин) | T2 (°С) | t2 (мин) |
| 0,65 | 0,32 | 1,12 | 95 | 275 | 95 | 40 |
Таким образом, на выходе второго реактора получали водный раствор бетаина со следующими свойствами:
| Остаточная монохлоруксусная кислота (вес.%) | Остаточный амин (вес.%) | Гликолевая кислота (вес.%) |
| 0,7 | 1,32 | 1,37 |
Такой раствор соответствует техническим условиям по применению в гербицидной композиции.
1. Способ непрерывного получения водного раствора бетаина следующей формулы (I):
где
- n равно 1, 2 или 3,
- R1 означает прямолинейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от 1 до 3 атомов углерода, предпочтительно метильную группу,
- R2 означает прямолинейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от 1 до 3 атомов углерода, предпочтительно метильную группу,
- R означает
либо прямолинейную или разветвленную углеводородную цепь, предпочтительно алкильную группу, содержащую от 3 до 30 атомов углерода, в частности от 3 до 20 атомов углерода,
либо группу -A-NH-CO-R3,
где R3 означает прямолинейную или разветвленную углеводородную цепь, предпочтительно алкильную группу, содержащую от 3 до 30 атомов углерода, в частности от 3 до 20 атомов углерода, и
А означает углеводородную прямолинейную или разветвленную двухвалентную группу, содержащую от 1 до 6 атомов углерода, необязательно замещенную гидроксильной группой, предпочтительно выбранную из групп -CH2-CH2-CH2- и -CH2CHOH-CH2-;
включающий реакцию амина формулы NRR1R2, где значения R, R1 и R2 приведены выше, с ω-галокарбоновой кислотой формулы X-(CH2)n-COOH, в которой Х означает атом галогена, n имеет указанное выше значение, в присутствии воды и основания, например гидроокиси щелочного металла или более конкретно KOH или NaOH,
отличающийся тем, что этот способ осуществляют в устройстве, состоящем из по меньшей мере двух последовательных реакторов (R1) и (R2), причем реактор (R2) выполнен трубчатым.
2. Способ по п.1, включающий в себя:
а) этап, на котором на вход реактора (R1) подают воду, основание, амин и ω-галокарбоновую кислоту,
б) этап, на котором в реакторе (R1) осуществляют реакцию между амином и ω-галокарбоновой кислотой для получения на выходе реактора (R1) водной реакционной смеси (M), содержащей бетаин, амин и ω-галокарбоновую кислоту,
в) этап, на котором водную реакционную смесь (M) вводят в реактор (R2) для продолжения реакции между амином и ω-галокарбоновой кислотой, и
г) этап, на котором на выходе реактора (R2) отбирают водный раствор (M') бетаина, содержащий бетаин в количестве по меньшей мере 20 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 30 вес.%, амин в количестве менее 2,5 вес.%, предпочтительно менее 1,65 вес.%, и кислоту в количестве менее 1,5 вес.%, в частности менее 1 вес.%, предпочтительно менее 0,7 вес.%.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что на этапе а) с одной стороны вводят амин в смеси с основанием, а с другой стороны - кислоту в смеси с водой.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что он включает в себя дополнительный этап б'), на котором на выходе реактора (R1) перед введением реакционной смеси в реактор (R2) в указанную смесь (M) добавляют основание.
5. Способ по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что на выходе реактора (R2) часть водного раствора (M') отбирается для введения вместе с амином в реактор (R1).
6. Способ по п.1, в котором выход реактора (R2) соединен с одним или несколькими смесителями, содержащими воду, глицерин, противовспенивающие средства или их смеси, для поточного получения композиций на основе водного раствора бетаина.
7. Способ по п.1, в котором температура внутри реактора (R1) составляет от 80 до 110°С, предпочтительно от 90 до 100°С, преимущественно 95°С.
8. Способ по п.1, в котором температура внутри реактора (R2) составляет от 95 до 110°С, предпочтительно от 100 до 105°С, преимущественно 105°С.
9. Способ по п.1, в котором давление внутри реактора (R2) составляет от 1 до 10 бар, предпочтительно от 1,5 до 5 бар, преимущественно от 2 до 3 бар.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что реактор (R1) выполнен трубчатым.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолжительность выдерживания амина и кислоты в реакторе (R1) составляет от 30 мин до 5 ч, предпочтительно от 30 мин до 3 ч, преимущественно от 40 до 80 мин.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолжительность выдерживания амина и кислоты в реакторе (R2) составляет от 30 мин до 5 ч, предпочтительно от 30 мин до 3 ч, преимущественно от 40 до 120 мин.
13. Способ по п.1, в котором кислотой служит монохлоруксусная кислота.
14. Способ по п.1, в котором амином является лаурилдиметиламин.
