DE69711629T2

DE69711629T2 - Verfahren zur herstellung von polyol-fettsäure-polyestern unter verwendung atmosphärischen oder überatmosphärischen drucks

Info

Publication number: DE69711629T2
Application number: DE69711629T
Authority: DE
Inventors: Joseph Corrigan; James Keneally; Gerard Schafermeyer; Earl Trout
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: CA2261039A1; US5767257A; WO1998003526A1; MY128756A; JPH11514010A; NO990228L; ID17607A; AU3801597A; EP0912590A1; NZ333708A; BR9710508A; HUP9904304A3; PE36599A1; JP3133767B2; AU730863B2; CA2261039C; HUP9904304A2; TR199900061T2; MA24591A1; NO990228D0

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Umesterung von Polyolen zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyestern, worin die Verfahren unter Atmosphären- oder Superatmosphärendruck durchgeführt werden. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf solche Verfahren gerichtet, worin ein Großteil des Polyols ohne die Verwendung von Vakuumdruck vollständig verestert wird.

Hintergrund der Erfindung

Verfahren zur Synthese von Polyolfettsäurepolyestern durch die Umesterung eines Polyols sind im Stand der Technik altbekannt. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 3,963,699 von Rizzi et al. ein lösungsmittelfreies Umesterungsverfahren, umfassend zwei Hauptstufen, wobei ein jede von denen in einem absatzweise betriebenen Reaktor durchgeführt wird. In der ersten Stufe werden eine Mischung eines Polyols, eines Fettsäureniederalkylesters, einer Alkalimetallfettsäureseife und eines basischen Katalysators unter Bildung einer homogenen Schmelze aus teilweise verestertem Polyol und unumgesetzten Ausgangsmaterialien erwärmt. Rizzi et al. offenbaren im weitesten Sinne die Verwendung eines Drucks von 13,332 Pa bis 101325 Pa (von ungefähr 0,1 mm Hg bis ungefähr 760 mm Hg), und bevorzugt von 66,661 Pa bis 3333 Pa (von ungefähr 0,5 mm Hg bis ungefähr 25 mm Hg), in deren erster Stufe. In einer zweiten Stufe werden überschüssige Fettsäureniederalkylester zu dem Reaktionsprodukt der ersten Stufe zugesetzt, um den Polyolfettsäurepolyester zu bilden. Rizzi et al. offenbaren in ähnlicher Weise, dass deren zweite Stufe bei einem Druck von 13,332 Pa bis 101325 Pa (von ungefähr 0,1 mm Hg bis ungefähr 760 mm Hg) durchgeführt wird, wobei der Bereich von 66,661 Pa bis 3333 Pa (von ungefähr 0,5 mm Hg bis ungefähr 25 mm Hg) bevorzugt ist. Rizzi et al. offenbaren weiterhin, dass ein niederer Alkohol als ein Produkt der Reaktion gebildet wird und dass das Alkohol- Nebenprodukt bevorzugt entfernt wird, um die Umsetzung zu fördern. Viele Entfernungstechniken wurden von Rizzi et al. als im Stand der Technik bekannt angegeben; Rizzi et al. zeigen, dass die Vakuumentfernung sowohl mit als auch ohne einer Inertgasspülung als die Umsetzung fördernd gefunden wurde und dass eine einfache Destillation unter Atmosphärendruck ebenso ausreichend sein kann.
Die Volpenhein-US-Patente der Nummern 4,517,360 und 4,518,772 offenbaren weitere lösungsmittelfreie Umesterungsverfahren zur Herstellung höherer Polyolfettsäurepolyester. In dem US-Patent Nr. 4,517,360 offenbart Volpenhein die Verwendung von Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat oder Bariumcarbonat als Katalysator und die Verwendung von Methyl-, 2-Methoxyethyl- oder Benzylfettsäureester. In dem US-Patent Nr. 4,518,772 offenbart Volpenhein die Verwendung von bevorzugten Molverhältnissen von Seife zu Polyol von ungefähr 0,6 : 1 bis ungefähr 1 : 1 in der ersten Stufe des zweistufigen Verfahrens. Volpenhein setzt ebenso ein zweistufiges absatzweise betriebenes Reaktionsverfahren ein, wobei die erste Stufe bei einem Druck von 13,332 Pa bis 101325 Pa (von ungefähr 0,1 mm Hg bis ungefähr 660 mm Hg), bevorzugt von 66,661 Pa bis 3333 Pa (von ungefähr 0,5 mm Hg bis ungefähr 25 mm Hg), durchgeführt wird und wobei die zweite Stufe bei einem Druck von T3,332 Pa bis 1333,2 Pa (von ungefähr 0,1 mm Hg bis ungefähr 10 mm Hg) durchgeführt wird. Volpenhein beschreibt ebenso den Vorteil des Entfernens des Niederalkohol-Nebenprodukts zum Fördern der Umesterungsreaktion.
Das US-Patent Nr. 5,043,438 von Buter offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Polyolfettsäureestern durch Umsetzung eines Polyols und eines Fettsäureniederalkylesters unter im wesentlichen lösungsmittelfreien und Niederdruckbedingungen. Buter offenbart, dass das Verfahren einen Prä-Reaktor einsetzt, in welchem sich die Reaktionsmischung in einem stationären Zustand mit massenausgeglichenen eintretenden Reaktandströmen und austretenden Produktströmen mit einem Polyolumsatz von 1% oder mehr befindet. Buter offenbart weiterhin, dass das Verfahren die Anfangsviskosität- und/oder Entmischungsprobleme, hervorgerufen durch die heterogene Natur der Reaktandmischung und die Verwendung von Seifenemulgatoren, reduziert.
Das GB-Patent Nr. 1,499,989 offenbart ein lösungsmittelfreies Verfahren für die Herstellung von Estern der Saccharose mit Fettsäuren, insbesondere der Saccharosemonoester und -diester, durch Umsetzung von Saccharose mit mindestens einem Alkylester einer Fettsäure mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Alkyleinheit und mindestens 8 Kohlenstoffatomen in der Fettsäureeinheit bei Atmosphärendruck und bei einer Temperatur von 110 bis 140ºC.
In der Praxis wird die Polyolumesterungsfunktion herkömmlich unter Vakuum durchgeführt um die Entfernung des Niederalkylalkohol-Nebenprodukts, d. h. Methanol, zu fördern. Um den niedrigen Druck in dem Reaktionssystem aufrecht zu erhalten, waren große und teure Vakuumausstattungssysteme erforderlich. Insbesondere sind in der Herstellung im großen Maßstab noch geringere Vakuumdrücke erforderlich, so dass die notwendigen Ausstattungs- und Betriebskosten ein deutlichen Faktor darstellen. Zusätzlich ist das Polyolfettsäurepolyesterprodukt gegenüber Zersetzung durch eintretende Luft während der Herstellungsverfahren, welche Vakuumsysteme einsetzen, anfällig, weil die Vakuumsysteme gegenüber Luftlecks anfällig sind. Im speziellen kann Luft das Polyolfettsäurepolyesterprodukt unerwünscht verdunkeln und/oder Oxidation bewirken, welche den Produktgeschmack nachteilig beeinflusst.
Polyolfettsäurepolyester werden steigend in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, einschließlich als Niedrigkalorienfette in vielen Nahrungsmittelprodukten. Dementsprechend steigt der Bedarf an Polyolfettsäurepolyestern, welche für die menschliche Nahrungsaufnahme geeignet sind, stetig an. Als ein Ergebnis sind Verfahren zur effizienteren und ökonomischeren Synthese solcher Polyolfettsäurepolyester notwendig und wünschenswert.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Verfahren zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyestern vorzusehen, insbesondere durch die Umesterung von Polyolreaktanden. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyestern vorzusehen, wobei die Verfahren die Nachteile von herkömmlichen Verfahren überwinden, worin die Umesterungsreaktion unter Vakuumbedingungen durchgeführt wird. Es ist ein damit in Verbindung stehendes Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Verfahren zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyestern vorzusehen, wobei die Verfahren verbesserte Effizienz aufweisen und/oder ökonomischer sind im Vergleich zu verschiedenen herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyestern.
Diese und zusätzliche Ziele werden durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung vermittelt, welche auf die lösungsmittelverminderte Umesterung eines Polyols gerichtet sind. Insbesondere umfassen die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Umsetzung von Polyolen mit Fettsäurealkylestern in Gegenwart eines basischen Katalysators unter Bildung von Polyolfettsäurepolyesterprodukten und Niederalkylalkohol-Nebenprodukten, worin ein Großteil des Polyols vollständig verestert ist, d. h. alle Hydroxylgruppen sind in mehr als 50 Gew. -% des Polyols verestert. Gemäß den wichtigen Merkmalen der vorliegenden Erfindung wird die Reaktion in einem Reaktor bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 60ºC bis ungefähr 180ºC und bei atmosphärischem oder superatmosphärischem Druck durchgeführt, und es wird ein Inertgas durch den Reaktor mit ausreichendem Massentransferoberflächenkontakt zwischen dem Inertgas und einer flüssigen Mischung aus Reaktand und Produkt gespült bzw. geleitet, um das Niederalkylalkohol-Nebenprodukt aus der flüssigen Mischung in das Inertgas zu transferieren und die vollständige Umesterung eines Großteils des Polyols ohne die Verwendung von Vakuumdruck zu fördern.
In einer spezifischeren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Polyol, weiches in der Umesterungsreaktion eingesetzt wird, Saccharose, und die Umsetzung wird bei Atmosphären- oder Superatmosphärendruck durchgeführt. Das Inertgas wird durch den Reaktor mit ausreichender Bewegung geleitet, um das Niederalkylalkohol-Nebenprodukt aus einer flüssigen Mischung aus Reaktand und Produkt dem Inertgas zuzuleiten und den Umsatz eines Großteils der Saccharose zu Octaester ohne die Verwendung eines Vakuumdrucks zu fördern.
Die vorliegenden Verfahren sind in mindestens mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. Weil die Verfahren bei Atmosphären- oder Superatmosphärendrücken durchgeführt werden, werden teuere Vakuumsysteme, welche in verschiedenen herkömmlichen Verfahren eingesetzt wurden, vermieden, woraus niedrigere Ausstattungskosten und niedrigere Betriebskosten resultieren. Zusätzlich ist die Ausstattung, welche in den vorliegenden Verfahren verwendet wird, nicht so anfällig gegenüber Lecken von Luft in die Betriebsumgebung, weil die vorliegenden Verfahren nicht unter Vakuum betrieben werden, wodurch eine gute Qualität des Polyolfettsäurepolyesterprodukts aufrecht erhalten wird und eine Produktzersetzung, hervorgerufen durch ein Luftauslaufen bzw. -lecken in das Herstellungssystem, vermieden wird. Die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können ebenso in einem höheren Umsatz zu dem gewünschten Produkt in relativ kurzen Reaktionszeiten resultieren, insbesondere im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren, wodurch sie die Verwendung von kleineren Reaktionsaustattungen erlauben oder erhöhte Ausbeuten innerhalb einer speziellen Herstellungsdauer vermitteln. Zusätzliche führen kürzere Reaktionszeiten im allgemeinen zu einer besseren Farbe der Polyolfettsäurepolyesterprodukte, wodurch die Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, um verbesserte Produkte zur Verfügung zustellen. Zusätzlich erlauben die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine leichte Entfernung des Niederalkylalkohol-Nebenprodukts, d. h. Methanol, aus dem verteilten Inertgas, wodurch eine Rezyklierung des Inertgasstroms erleichtert wird und ein einfacheres Design den Inertgashandhabungsausstattung möglich ist, insbesondere im Vergleich mit den Inertgashandhabungserfordernissen verschiedener herkömmlicher Verfahren.
Diese und zusätzliche Ziele und Vorteile werden in der vorliegenden detaillierten Beschreibung vollständiger diskutiert werden.

Detaillierte Beschreibung

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf verbesserte Verfahren zur lösungsmittelverminderten Umesterung eines Polyols. Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird Polyol mit Fettsäurenlederalkylester in Gegenwart eines basischen Katalysators umgesetzt, so dass Polyolfettsäurepolyesterprodukte und Niederalkylalkohol- Nebenprodukte gebildet werden. Gemäß einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Verfahren wird ein Großteil der Polyole vollständig verestert.
Grundsätzliche Designkriterien für die Verfahren der Umesterungsreaktion werden in dem US-Patent Nr. 3,963,699 von Rizzi et al. und den US-Patenten der Nr. 4,517,360 und 4,518,772 von Volpenhein offenbart.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff "Polyol" jegliche aliphatische oder aromatische Verbindungen einschließen, enthaltend mindestens zwei freie Hydroxylgruppen. In der Praxis der hierin beschriebenen Verfahren ist die Auswahl eines geeigneten Polyols einfach eine Frage der Wahl. Beispielsweise können geeignete Polyole ausgewählt sein aus den folgenden Klassen: Gesättigte und ungesättigte geradkettige und verzweigtkettige lineare Aliphaten; gesättigte und ungesättigte cyclische Aliphaten, einschließlich heterocyclische Aliphaten oder mononukleare oder polynukleare Aromaten, einschließlich heterocyclische Aromaten. Kohlenhydrate und nicht-toxische Glykole sind bevorzugte Polyole. Monosaccharide, welche zur Verwendung hierin geeignet sind, umschließen beispielsweise Mannose, Galactose, Arabinose, Xylose, Ribose, Apiose, Rhamnose, Psicose, Fructose. Sorbose, Tagitose, Ribulose, Xylulose und Erythrulose. Oligosaccharide, welche zur Verwendung hierin geeignet sind, umschließen beispielsweise Maltose, Kojibiose, Nigerose, Gellobiose, Lactose, Melibiose, Gentiobiose, Turanose, Rutinose, Trehalose, Saccharose und Raffinose. Polysaccharide, welche zur Verwendung hierin geeignet sind, umschließen beispielsweise Amylose. Glycogen, Cellulose, Chitin, Inulin, Agarose, Zylane, Mannan und Galaktane. Obwohl Zuckeralkohle keine Kohlenhydrate im strengen Sinne sind, sind natürlich auftretende Zuckeralkohle derartig eng mit den Kohlenhydraten verwandt, dass sie ebenso zur Verwendung hierin bevorzugt sind. Die Zuckeralkohle, welche am weitesten verbreitet sind in der Natur und zur Verwendung hierin geeignet sind, sind Sorbitol, Mannitol und Galaktitol.
Besonders bevorzugte Klassen an Materialien, welche zur Verwendung hierin geeignet sind, umschließen die Monosaccharide, die Disaccharide und Zuckeralkohole.
Bevorzugte Kohlenhydrate und Zuckeralkohle umschließen Xylitol, Sorbitol und Saccharose.
Zuckeralkylester, polyalkoxyliertes Glycerol und Polyglycerolester können ebenso verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist es bevorzugt, ein Polyol einzusetzen, welches mindestens drei Hydroxylgruppen aufweist, und besonders bevorzugt besitzt das Polyol, welches in den Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, mindestens vier Hydroxylgruppen. Ein besonders bevorzugtes Polyol zur Verwendung in den vorliegenden Verfahren ist Saccharose.
Die Fettsäureniederalkylester, welche als Reaktanden in den vorliegenden Verfahren eingesetzt werden, umschließen die Methyl- und Ethylester von Fettsäuren, enthaltend ungefähr 8 oder mehr Kohlenstoffatome, bevorzugt von 8 bis ungefähr 24 Kohlenstoffatomen, sowie Mischungen solcher Ester. Geeignete Ester können hergestellt werden durch die Umsetzung von Diazoalkanen und Fettsäuren oder abgeleitet werden durch Alkoholyse von den Fettsäuren, welche in Fetten und Ölen natürlich auftreten. Fettsäureester, welche zur Verwendung hierin geeignet sind, können von entweder gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren abgeleitet sein. Geeignete bevorzugte gesättigte Fettsäuren umschließen beispielsweise Caprin-, Laurin-, Palmitin-, Stearin-, Behen-, Elaidin-, Isomyristin-, Isomargarin-, Myristin-, Capryl- und Anteisoarachinsäure. Geeignete bevorzugte ungesättigte Fettsäuren umschließen beispielsweise Malein-, Linol-, Lican-, Öl-, Linolen- und Erythrogensäuren. Mischungen von Fettsäuren, abgeleitet von nichthydriertem oder teilweise hydriertem Sojaöl, Sonnenblumenöl, Rapsöl, Hocherukasäure, Palmöl, Kokosöl, Erdnussöl, Canolaöl, Talgöl, Maisöl, Baumwollsamenöl und fetthydriertes Rapsöl, sind besonders bevorzugt zur Verwendung hierin. Methylester sind die bevorzugten Fettsäureester zur Verwendung hierin, da deren Verwendung in den Verfahren hierin zum Resultieren in hohen Ausbeuten an Polyolfettsäurepolyestern neigt.
In einer Ausführungsform kann die Gesamtmenge an Fettsäureniederalkylestern mit den Polyolreaktanden kombiniert werden. In einer anderen Ausführungsform wird jedoch ein Teil des Fettsäureniederalkylesters zu dem Reaktionssystem zugesetzt, nachdem das Polyol mit einer Anfangsbeladung an Fettsäureniederalkylester umgesetzt worden ist. Diese Ausführungsform ist im Stand der Technik altbekannt, und herkömmlich wird zusätzlicher Fettsäureniederalkylester zu dem Reaktionssystem an einem Punkt zugesetzt, wenn ungefähr 25% bis 50% der Polyolhydroxylgruppen verestert worden sind.
Der Katalysator, welcher in den Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann ein jeder aus einer Anzahl von basischen Katalysatoren sein, die im Stand der Technik zur Verwendung in der Umesterung von Polyolen bekannt sind. Bevorzugt ist der Katalysator ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkalimetallen und Alkalimetallverbindungen, einschließlich Natrium, Lithium oder Kalium, Legierungen von zwei oder mehreren dieser Metalle, oder Carbonaten, Bicarbonaten, Alkoxiden oder Hydroxiden dieser Metalle oder Mischungen davon. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Verfahren ist der basische Katalysator ein Carbonat, Bicarbonat, Alkoxid oder Hydrid von Natrium oder Kalium oder umfasst Mischungen von zwei oder mehreren dieser Verbindungen.
Auf Grund der relativen Phaseninkompatibilität zwischen den Polyol- und den Fettsäureniederalkylesterreaktanden ist es oftmals vorteilhaft, einen Emulgator einzusetzen, welcher das gesteigerte Inkontaktbringen des Polyols und des Fettsäureniederalkylesters zur Erleichterung der Umesterungsreaktion des Polyols unterstützt. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, umfasst ein besonders bevorzugter Emulgator Alkalimetallfettsäureseife. Wie hierin verwendet, soll der Begriff "Alkalimetallfettsäureseife" die Alkalimetallsalze von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren mit ungefähr 8 bis ungefähr 22 Kohlenstoffatomen einschließen, Dementsprechend umschließen geeignete Alkalimetallfettsäureseifen beispielsweise die Lithium-, Natrium-, Kalium-, Rubidium- und Caesiumsalze von Fettsäuren, wie Caprin-, Laurin-, Myristin-, Palm-, Lican-, Parinar-, Behen- und Stearinsäuren. Mischungen von Fettsäuren, abgeleitet von Sojaöl, Sonnenblumenöl, Saffloröl und Maisöl, sind zur Verwendung hierin bevorzugt. Besonders bevorzugte Alkalimetallfettsäureseifen umschließen beispielsweise die Kaliumseife, welche aus Sojaöl-Fettsäuren hergestellt ist, und die Natriumseife, welche aus Sonnenblumenöl-Fettsäuren hergestellt ist.
Ebenso als Emulgator wirksam sind Polyolmono-, -di-, und -triester. Da diese während des ersten Teils der Reaktion gebildet werden, stellt ein bevorzugtes Verfahren zum Durchführen der Reaktion die Zugabe von Saccharose, Fettsäureniederalkylestern und Alkalikatalysatoren zu einem Reaktionsbehälter dar, worin Polyolmono-, -di- und/oder -triester vorliegen. Andere Emulgatoren, wie Seifen, sind nicht erforderlich. Dieses kann in einem absatzweise betriebenen Verfahren, einen halbabsatzweise betriebenen Verfahren oder, besonders bevorzugt, in einem kontinuierlichen Verfahren, worin die Zugabematerialien kontinuierlich zu einem kontinuierlichen rückgemischten Reaktor, enthaltend Polyolmono-, -di- oder -triester, zugesetzt werden, erreicht werden.
Die Beladungsraten der Polyol- und Fettsäureniederalkylesterreaktanden und die Verhältnisse der Reaktanden zu den Katalysatoren und Emulgatoren, wenn eingesetzt, können gemäß den gewünschten Reaktanden und Reaktionsprodukten variiert werden. Geeignete Verhältnisse sind im Stand der Technik altbekannt, wie beispielsweise von Rizzi et al. und Volpenhein beschrieben.
Es ist altbekannt im Stand der Technik, dass die Umesterungsreaktion des Polyols mit einem Fettsäureniederalkylester in der Bildung von nicht nur dem Polyolfettsäurepolyester resultiert, sondern ebenso in der Bildung eines Niederalkylalkohol-Nebenprodukts. Wenn Fettsäuremethylester als Reaktanden eingesetzt werden, umfasst das Niederalkylalkohol-Nebenprodukt Methanol. Es ist ebenso bekannt im Stand der Technik, dass die Entfernung des Niederalkylalkohol-Nebenprodukts, wie Methanol, die weitere Umesterungsreaktion fördert. Wie detaillierter nachstehend beschrieben werden wird, besteht ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass eine verbesserte Entfernung des Niederalkylalkohols während der Umesterungsreaktion erreicht wird, insbesondere ohne die Verwendung eines Vakuums, wie es in der Praxis des Standes der Technik herkömmlich eingesetzt worden ist.
Insbesondere wird gemäß den wichtigen Merkmalen der vorliegenden Verfahren die Umesterungsreaktion in einem Reaktor bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 60ºC bis ungefähr 180ºC und einem atmosphärischen oder superatmosphärischen Druck durchgeführt. Ein bevorzugter Temperaturbereich reicht von ungefähr 90ºC bis ungefähr 150ºC, und besonders bevorzugt von ungefähr 120ºC bis ungefähr 150ºC, insbesondere wenn das Polyol Saccharose ist. Ein bevorzugter mittlerer Reaktordruck reicht von 101325 Pa bis 333305 Pa (von ungefähr 760 mm Hg bis ungefähr 2.500 mm Hg), besonders bevorzugt von 101325 Pa bis 199983 Pa (von ungefähr 760 mm Hg bis ungefähr 1.500 mm Hg). Der Druck variiert mit den Reaktordimensionen, insbesondere der Höhe. Wichtigerweise muss der Druck hoch genug sein, um die Druckänderung des Reaktors (flüssiger oberer Teil plus Δp) zu überwinden. Ein Inertgas wird durch den Reaktor mit ausreichend Massentransferoberflächenkontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit darin verteilt, um das Niederalkylalkohol-Nebenprodukt aus der flüssigen Mischung aus Reaktand und Produkt dem Inertgas zuzuleiten und die vollständige Veresterung eines Großteils des Polyols ohne die Verwendung von Vakuumdruck zu fördern.
Ein jegliches Inertgas mit einem geeigneten Partialdruck, ausreichend um den Transfer des Niederalkylalkohols aus der flüssigen Phase in die Gasphase zu bewirken, kann eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Inertgase zur Verwendung in den Verfahren der vorliegenden Erfindung schließen Stickstoff, Kohlendioxid und aliphatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Hexan, ein.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass ein Anstieg in der Massentransferoberfläche zwischen der Flüssigkeit, welche eine Mischung aus Reaktanden, Produkten und dem Niederalkylalkohol-Nebenprodukt enthält, und einem verteilten Gas eine ausreichende Entfernung des Niederalkylalkohol-Nebenprodukts aus der flüssigen Mischung bewirkt, wodurch die Umesterungsreaktion gefördert wird, ohne die Verwendung eines Vakuumsystems, wie es herkömmlich in Verfahren im Stand der Technik eingesetzt wird. Verschiedene Techniken zur Erhöhung der Massentransferoberfläche zwischen der flüssigen Mischung, worin das Niederalkylalkohol-Nebenprodukt enthalten ist, und dem verteilten Inertgas werden dem Fachmann im Hinblick auf die vorliegende detaillierte Beschreibung deutlich. Beispielsweise kann die Erhöhung der Massentransferoberfläche selbstinduzierte Bewegung sein, d. h. die Verwendung einer Blasensäule, einer Füllkörperkolonne oder ähnliches erhöht die Grenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit. Alternativ oder zusätzlich kann verschiedene Bewegungs- oder Mischausstattung eingesetzt werden.
Es ist bevorzugt, obwohl nicht erforderlich, dass die gesamte Umesterungsreaktion unter atmosphärischen oder superatmosphärischen Bedingungen mit einem Inertgasstrom, wie oben diskutiert, durchgeführt wird. In Ausführungsformen, worin der atmosphärische oder superatmosphärische Druck und die Inertgasspülung nicht während der gesamten Umesterungsreaktion aufrecht erhalten werden, werden diese Bedingungen mindestens während eines Teils des letzteren Teils der Umesterungsreaktion eingesetzt, d. h. während der Umsetzung nachfolgend ungefähr 50% Umsatzgrad, und besonders bevorzugt nachfolgend ungefähr 30% Umsatzgrad. Der Umsatzgrad bezieht sich auf den Prozentanteil der Polyolhydroxylgruppen, welche verestert worden sind. In einer Ausführungsform wird atmosphärischer oder superatmosphärischer Druck mit Inertgasspülung bzw. -verteilung in der Herstellung von Saccharosepolyester solange eingesetzt, bis mindestens ein Großteil des Polyols vollständig verestert ist, wonach Vakuumdruck mit oder ohne Inertgasspülung eingesetzt wird, um den gewünschten Octaesterumsatz von mindestens ungefähr 70% zu erhalten.
In einer Ausführungsform kann die Umesterungsreaktion in einer Füllkörperkolonne durchgeführt werden, wobei die Packung die Gas-Flüssigkeit-Oberflächen- Kontaktfläche zwischen dem Inertgasstrom und der flüssigen Mischung aus Polyol- und Fettsäureniederalkylesterreaktanden, teilweise verestertem Polyol, vollständig verestertem Polyolprodukt und Niederalkylalkohol-Nebenprodukt erhöht. In solch einer Ausführungsform ist es bevorzugt, dass der Intertgasstrom im Gegenstrom zu der flüssigen Mischung aus Reaktanden und Produkten verläuft. Füllkörperkolonnen diesen Typs sind im Stand der Technik altbekannt und werden beispielsweise von Perry et al., "Chemical Eng meer's Handbook", 5. Auflage, MacGraw-Hill, 1973, Seiten 18-19 bis 18-49, diskutiert. In dieser Ausführungsform kann die gesamte oder nur ein Teil der Umesterungsreaktion in solch einem Füllkörperkolonnenreaktor durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, dass mindestens der letztere Teil der Umesterungsreaktion, d. h. nachfolgend ungefähr 50% Umsatzgrad, in der Füllkörperkolonne durchgeführt wird.
Ein anderer Reaktor, welcher zur Durchführung der Umesterungsreaktion geeignet ist, ist ein Fallfilmreaktor. In einem Fallfilmreaktor wird die flüssige Mischung der Reaktanten, teilweise verestertem Polyol, vollständig verestertem Polyol und Niederalkylalkohol-Nebenprodukt am oberen Ende von Rohren beladen und fließen die Rohrwände als ein Film hinunter. Der Inertgasstrom wird durch die Rohre von unten nach oben geleitet, wodurch eine erhöhte Kontaktfläche zwischen der flüssigen Mischung und dem Inertgasstrom zur Maximierung des Massentransfers des Niederalkylalkohols aus der flüssigen Mischung in den Gasstrom vermittelt wird und die weitere Umesterungsreaktion gefördert wird. Solche Reaktoren sind im Stand der Technik bekannt und von Perry et al., supra, Seiten 11-28 bis 11-30, offenbart.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Umesterungsreaktion in ein oder mehreren Kesselreaktoren, versehen mit Gasdispergatoren und Bewegungsvorrichtungen (Agitatoren), durchgeführt werden. Sowohl die Gasdispergatoren als auch die Agitatoren erhöhen die Kontaktfläche zwischen der flüssigen Reaktionsmischung und dem Gasstrom, um den Massentransfer eines Niederalkylalkohols aus der flüssigen Mischung in den Gasstrom zu erhöhen. Zusätzlich sind sowohl die Gasdispergatoren als auch die Flüssigkeitsagitatoren, welche zur Verwendung in den vorliegenden Verfahren geeignet sind, im Stand der Technik bekannt.
Ein Mehrstufenkolonnenreaktor, insbesondere solch ein Reaktor mit Gegenstromflüssigkeits- und -gastransfermitteln zwischen den Stufen, ist ebenso zum Durchführen der Umesterungsreaktion gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet. Obwohl verschiedene Mehrstufenkolonnen, welche zur Verwendung in den vorliegenden Verfahren geeignet sind, im Stand der Technik bekannt sind, wird eine besonders bevorzugte Mehrstufenkolonne in dem ebenfalls anhängigen US- Patent 5,945,529 von Kenneally et al. offenbart.
Gemäß den vorliegenden Verfahren ist die Auswahl des speziellen Reaktortyps nicht kritisch, solange der Reaktor einen erhöhten Oberflächenkontakt zwischen der flüssigen Reaktionsmischung und dem Gasstrom zur Verfügung stellt, wodurch ein erhöhter Massentransfer des Niederalkylalkohols aus der flüssigen Reaktionsmischung in den Gasstrom gewährleistet wird und die weitere Umesterungsreaktion gefördert wird. Dementsprechend liegt es ebenso innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, dass die Umesterungsreaktion in mehr als einem Reaktor durchgeführt wird, einschließlich einer Kombination verschiedener Typen von Reaktoren, um die Massentransferkontaktoberfläche zwischen der flüssigen Reaktionsmischung und dem Gasstrom bzw. Spülgas, insbesondere während dem späteren Teil der Umesterungsreaktion, zu maximieren.
Auf Grund der Verwendung des Inertgasstroms und der Bereitstellung von ausreichender Bewegung in dem Umesterungsreaktor kann die Umesterungsreaktion bei atmosphärischem oder superatmosphärischem Druck durchgeführt werden, um ein Produkt zu erhalten, worin ein Großteil des Polyols vollständig verestert ist, ohne die Verwendung von Vakuumdruck. Dass ein Großteil des Polyols vollständig verestert ist, bedeutet, dass mindestens 50% des Polyolreaktanden vollständig verestert sind, d. h. alle Hydroxylgruppen des Polyols verestert sind. In einer bevorzugten Ausführungsform, worin das Polyol Saccharose ist und das gewünschte Produkt der Octaester ist, ist es bevorzugt, dass mindestens 70 Gew.-% der Ester, welche in der Reaktion gebildet werden, Octaester sind. Zusätzlich ist es weiterhin bevorzugt, dass der Umsatzgrad der Saccharosehydroxylgruppen zu Estergruppen mindestens 95% beträgt, d. h. mindestens 95% aller anfänglichen Saccharosehydroxylgruppen verestert sind.
Wie oben angegeben wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Umesterungsreaktion bei einem mittleren Reaktordruck von 101325 Pa (ungefähr 760 mm Hg) durchgeführt, d. h. Umgebungsatmosphärendruck, bis 333305 Pa (ungefähr 2.500 mm Hg). Bevorzugt reicht der mittlere Reaktordruck von 101325 Pa bis 199983 Pa (von ungefähr 760 bis 1.500 mm Hg). Obwohl Drücke größer als ungefähr 333305 Pa (2.500 mm Hg) eingesetzt werden können, sind solche höheren Drücke im Allgemeinen nicht bevorzugt aufgrund der höheren Kosten der notwendigen Ausstattung und der höheren Betriebskosten, welche mit solch einem System in Verbindung stehen. Drücke innerhalb des Bereichs von ungefähr 101325 Pa (760 mm Hg) bis ungefähr 333305 Pa (2.500 mm Hg) sind ebenso vorteilhaft dahingehend, dass Sauerstoff-enthaltende Umgebungsluft davon abgehalten wird, in das Reaktionssystem einzudringen, wodurch die Zersetzung des Polyesterprodukts durch Umgebungsluft in dem Reaktionssystem minimiert wird. Weil in das Reaktionssystem eindringender Sauerstoff die Farbe und/oder den Geschmack des Polyesterprodukts herabsetzen kann, stellt die Fähigkeit, Umgebungsluft aus dem Reaktionssystem in einer einfachen Weise durch die Verwendung von atmosphärischen oder superatmosphärischen Drücken in dem Reaktionssystem auszuschließen, einen zusätzlichen wichtigen Vorteil der vorliegenden Verfahren dar.
Somit sind die Verfahren der vorliegenden Erfindung dahingehend vorteilhaft, dass Vakuumsysteme, welche in konventionellen Stand-der-Techniksystemen eingesetzt wurden, vermieden werden. Zusätzlich wird eine teure Methanolrückgewinnung aus verdünnten wässrigen Strömen, welche bei Verwendung von Strom- bzw. Strahlinjektoren für Vakuum erforderlich ist, gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden. Die hohen Kosten sowohl der Vakuumsystemausstattung als auch des Betriebs des Vakuumsystems werden somit durch die vorliegenden Verfahren vermieden. Zusätzlich kann die Umesterungsreaktion mit hohen Umsätzen in kürzeren Reaktionszeiten im Vergleich zu Verfahren aus dem Stand der Technik durchgeführt werden aufgrund des Anstiegs im Massentransfer des Niederalkylalkohol-Nebenprodukts aus der flüssigen Reaktionsmischung in den Gasstrom gemäß den vorliegenden Verfahren, was den Entwurf kleinerer Reaktionsausstattungen oder die Bereitstellung von erhöhten Produktmengen innerhalb einer spezifischen Herstellungsdauer erlaubt. Zusätzlich können die vorliegenden Verfahren Produkte höherer Qualität vorsehen, da kürzere Reaktionszeiten im Allgemeinen zu einer verbesserten Produktfarbe und/oder einem verbesserten Produktgeschmack führen.
Weil die vorliegenden Verfahren bei atmosphärischem oder superatmosphärischem Druck durchgeführt werden, ist die Entfernung des Niederalkylalkohols, beispielsweise Methanol, aus dem Inertgasstrom im Anschluß an den Austritt des Gases aus dem Umesterungsreaktor vereinfacht. Der Niederalkylalkohol kann aus dem Inertgasstrom unter Verwendung ein oder mehrerer der herkömmlich im Stand der Technik bekannten Verfahren entfernt werden. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform der Inertgasstrom, enthaltend den Niederalkylalkohol darin, einem Kühlen unterzogen werden, wonach das gekühlte Gas durch ein absorbierendes Material, beispielsweise Aktivkohle, zum Entfernen des Niederalkylalkohols aus dem Sprühgas geleitet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Wesentlichen das gesamte Niederalkylalkohol-Nebenprodukt aus dem Inertgasstrom entfernt, wobei mindestens ein Teil des Inertgases zu dem Umesterungsreaktor zur weiteren Verwendung darin rezykliert werden kann. Bevorzugt weist das Inertgas, welches rezykliert ist, einen Niederalkylalkohol- Partialdruck von weniger als ungefähr 1333 Pa (10 mm Hg), besonders bevorzugt weniger als ungefähr 666 Pa (5 mm Hg) und besonders bevorzugt weniger als ungefähr 266 Pa (2 mm Hg) auf.
Wie oben angegeben, wird dem Reaktor Wärme zugeführt, um die Umesterungsreaktion zu bewirken und zu fördern, sodass die Umsetzung bei einer erhöhten Temperatur im Bereich von ungefähr 60ºC bis ungefähr 180ºC, besonders bevorzugt von ungefähr 120ºC bis ungefähr 150ºC, durchgeführt werden kann. In einer Ausführungsform kann diese erhöhte Temperatur durch Erwärmen des Inhalts des Reaktors in situ vermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere der Zugabeströme zu dem Reaktor vorgewärmt werden, wobei Polyol, Fettsäureniederalkylester und/oder das Inertgas auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 60ºC bis ungefähr 180ºC vorerwärmt werden. In einer Ausführungsform kann ein Wärmetauscher eingesetzt werden, worin warmes Inertgas, welches aus dem Reaktor entfernt wird, in Wärmeaustauschkontakt mit eintretendem Gas oder Reaktanden tritt, wodurch das warme Inertgas gekühlt wird und das eintretende Gas oder die Reaktanden mindestens teilweise dadurch erwärmt werden.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung setzen vorteilhafterweise Inertgas in einer Menge ein, welche im Vergleich zu Verfahren im Stand der Technik, die Inertgasströme einsetzen, deutlich vermindert ist. Beispielsweise können geeignete Gewichtsverhältnisse von Inertgas zu flüssiger Reaktandbeladung in den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Bereich von weniger als ungefähr 4 : 1, bevorzugt weniger als ungefähr 3 : 1 und ganz besonders bevorzugt weniger als ungefähr 2,5 : 1, liegen.
Gemäß herkömmlichen Verfahren kann das Polyolfettsäurepolyesterprodukt der vorliegenden Verfahren Wasch-, Trocknungs-, Bleich-, Filtrations-, Abtrenn- und/oder Deodorisierungsverfahrensschritten unterzogen werden und/oder mit anderen Komponenten zur Bereitstellung eines Endprodukts gemischt werden. Die folgenden Beispiele sind dargestellt, um die verschiedenen Merkmale der vorliegenden Verfahren zu verdeutlichen. In den Beispielen und überall sonst in der vorliegenden Beschreibung beziehen sich Teile und Prozentangaben auf das Gewicht, solange nicht anderes angegeben ist.

Beipiel 1

Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung einer Reaktionskolonne zum Durchführen beider Stufen der Umesterungsreaktion, d. h. der anfänglichen Veresterung von Saccharose zu Saccharoseniederestern, und die weitere Umsetzung bis zu einem hohen Grad an Veresterung. Eine Kolonne wird derartig konstruiert, dass sie zwei Abschnitte enthält, einen über dem anderen. Der obere Abschnitt ist für die anfängliche Veresterung entworfen. Dieser Abschnitt besteht aus Glaskolonnen mit einem Durchmesser von 228 mm (9 Inch) und einer Länge von 609 mm (24 Inch), geteilt in zwei Abschnitte durch zwei Böden, wobei ein jeder einen Durchmesser von ungefähr 228 mm (9 Inch) und ein zentrales Loch mit einem Durchmesser von ungefähr 25 mm (1 Inch) aufweist. Jedes Segment ist ungefähr 304 mm (12 Inch) hoch und weist eine 6-Blatt-Turbinenbewegungsvorrichtung auf, welche ungefähr die Hälfte des Durchmessers der Kolonne besitzt. Weniger Segmente in diesem Abschnitt der Kolonne führen zu mehr Rückmischung, welche in der anfänglichen Saccharoseveresterung wünschenswert ist. Der untere Abschnitt der Kolonne weist einen Durchmesser von ungefähr 152 mm 16 Inch) auf und ist in 14 Abschnitte aufgeteilt. Der untere Abschnitt ist für eine zweite Stufe der Reaktion entworfen, d. h. die Veresterung der Saccharoseniederester zu Saccharosepolyestern. Ein einziger Bewegungsvorrichtungsschaft läuft durch beide Abschnitte der Kolonne und bewegt alle Bewegungsvorrichtungen (Agitatoren) gleichzeitig. Beide Abschnitte weisen Wärmeummantelungen auf.
Das Reaktionsmaterial für die erste Stufe der Reaktion wird oben in die Kolonne eingefüllt und wandert nach unten durch die Kolonne durch das zentrale Loch eines jeden der aufeinander folgenden Abschnittsböden. Das Beladungsmaterial umfasst Saccharose, Kaliumcarbonat und Baumwollsamenfettsäuremethylester in den folgenden Molverhältnissen: Fettsäuremethylester : Saccharose 5 : 1, Kaliumcarbonat : Saccharose 0,1 : 1. Saccharose wird in den Methylestern durch Saccharosemono-, -di- und -triester emulgiert, welche in dem oberen Abschnitt der Kolonne vorliegen. Das Reaktionsmaterial fließt durch die Schwerkraft vom oberen Abschnitt der Kolonne in den engeren unteren Abschnitt der Kolonne nach unten. Am oberen Ende des schmaleren unteren Abschnitts der Kolonne werden zusätzliche Baumwollsamenfettsäuremethylester zugesetzt, um das Molverhältnis der Gesamtmethylester zu der anfänglichen Saccharose auf ungefähr 11 : 1 zu erhöhen. Zusätzliches Kaliumcarbonat wird zugesetzt, um das Molverhältnis von Gesamt-Kaliumcarbonat zu anfänglicher Saccharsoe auf ungefähr 0,2 : 1 zu erhöhen. Die resultierende flüssige Mischung fließt den schmaleren Abschnitt der Kolonne zur weiteren Reaktion nach unten. Stickstoff wird am Boden der Kolonne eingeleitet und bewegt sich durch die Kolonne durch die zentralen Löcher im Gegenstrom zu dem Flüssigkeitsfluß nach oben. In jedem Segment wird der Stickstoff in der Flüssigkeit durch die Bewegungsvorrichtungen dispergiert, so dass sehr kleine Blasen gebildet werden, ungefähr im mittleren Durchmesser von 2 mm. Der Partialdruck von Methanol in dem Stickstoffgas in dem Bodenabschnitt der Kolonne beträgt ungefähr 133 Pa (1 mml-Ig). Der Druck am oberen Ende der Kolonne beträgt ungefähr Atmosphärendruck, ungefähr 101325 Pa (760 mmHg), und der Druck am Boden der Kolonne beträgt ungefähr 105324 Pa (0,6 psig, d. h. ungefähr 790 mmHg). Diese Reaktion liefert ein Produkt, in dem der Umsatzgrad der Saccharose ungefähr 94,4% beträgt.

Beispiel 2

Dieses Beispiel verwendet denselben Reaktoraufbau und dieselben -bedingungen wie Beispiel 1, allerdings mit der Ausnahme der Geschwindigkeit der Bewegungsvorrichtung. Die Geschwindigkeit der Bewegungsvorrichtung bestimmt den Grad der Dispergierung des Stickstoffs in der Flüssigkeit und damit die Größe der Flüssigkeit/Dampf-Oberfläche, welche für den Massentransfer von Methanol aus der Flüssigkeit in das Stripping-Gas zur Verfügung steht. Drei separate Reaktionen werden unter Verwendung derselben Bedingungen für die Geschwindigkeit der Bewegungsvorrichtung durchgeführt. Im speziellen beträgt die Geschwindigkeit der Bewegungsvorrichtung für die drei Reaktionen jeweils 300 U/min. 500 U/min und 600 U/min. Die Ergebnisse dieser drei Reaktionen sind wie folgt:
Dieses Beispiel zeigt, dass höhere Geschwindigkeiten der Bewegungsvorrichtung zu einem verbesserten Umsatz als ein Ergebnis eines erhöhten Kontakts zwischen der Flüssigkeit und dem Gas führen.

Beispiel 3

Dieses Beispiel verwendet einen Glaskolonnenreaktor mit einem Durchmesser von 0,3 m (12 inch) und einer Länge von 1,28 m (72 inch). Die Abschnittsböden sind ähnlich den Böden in Beispiel 1, d. h. kleine Löcher in den Böden erlauben ein Aufwärtsströmen des Gases, während der Flüssigkeitsstrom durch Überläufe und Rücklaufrohre geleitet wird. Es liegen sechs Abschnittsböden in dieser Kolonne vor, und jeder Abschnitt hat eine sechsblättrige Turbinenbewegungsvorrichtung (Agitator) mit einem Durchmesser von ungefähr der Hälfte des Durchmessers der Kolonne. Das Molverhältnis der Gesamt-Fettsäuremethylester zu Saccharose in der Kolonne beträgt 11 : 1. Zwei separate Reaktionen werden in dieser Kolonne laufen gelassen, wobei die eine eine geringere Bewegungsrate aufweist, allerdings ein höheres Gas/Flüssigkeit-Verhältnis, und wobei die zweite eine höhere Bewegungsrate, allerdings ein niedrigeres Gas/Flüssigkeits-Verhältnis besitzt. Die Flüssigkeitverweilzeit für die jeweilige Reaktion beträgt ungefähr 2 Stunden. Die Ergebnisse dieser zwei Reaktionen lauten wie folgt:
Die Umsätze sind sehr ähnlich, auch wenn die erste Reaktion das doppelte Gas/- Flüssigkeits-Verhältnis des zweiten Reaktors verwendet. Dieses Beispiel zeigt, dass eine wirksame Dispergierung des Gases in der Reaktionsflüssigkeit zu verminderten Mengen an Inertgas führt, welche zum Betreiben der Reaktionen bei hohen Umsätzen erforderlich sind.

Beispiel 44

Dieses Beispiel demonstriert den Ablauf der Umesterungsreaktion in einer Reihe von kontinuierlichen gerührten Kesselreaktoren (CSTR's) bei Atmosphärendruck unter Stickstoffgasspülung.
Das Reaktionssystem umfasst fünf 35-Gallonen-Reaktoren in Reihe mit assoziierten Pumpen, Agitatoren, Wärmeaustauschern und Aufbewahrungskesseln. Die Reaktoren werden mit Stickstoff zum Spülen der kontinuierlichen Reaktionen bei Atmosphärendruck befüllt. Saccharose, Fettsäuremethylester, Kaliumcarbonat und Kaliumstearat werden kontinuierlich in den ersten Reaktor gefüllt. Zusätzlich werden Fettsäuremethylester und Kaliumcarbonat in den zweiten und dritten Reaktor gegeben. Ein jeder Reaktor wird mit einer Rückführungspumpe rezirkuliert, und das Produkt wird einem jeden Reaktor bei ungefähr derselben Rate entnommen, wie Material zugegeben wird, so dass das Niveau bzw. die Menge in jedem Reaktor konstant aufrecht erhalten wird. Die Reaktoren werden zusammen in Reihe geschaltet, so dass das Produkt, welches dem ersten Reaktor entnommen wird, in den zweiten Reaktor geleitet wird, das Produkt aus dem zweiten Reaktor in den dritten Reaktor gefüllt wird, das Produkt aus dem dritten Reaktor in den vierten Reaktor gefüllt wird und das Produkt aus dem vierten Reaktor in den fünften Reaktor gefüllt wird. Das Produkt des fünften Reaktors ist das Endprodukt, welches in einen Produktkessel gepumpt wird. Das Molverhältnis von Kaliumstearatseife zu Saccharose, welches in den ersten Reaktor gegeben wird, beträgt ungefähr 0,05 : 1. Das Fettsäuremethylester-zu-Saccharose-Molverhältnis beträgt ungefähr 5 : 1 in dem ersten Reaktor, ungefähr 9 : 1 in dem zweiten Reaktor und ungefähr 11 : 1 in dem dritten, vierten und fünften Reaktor, auf der Basis der in dem ersten Reaktor eingesetzten Saccharose. Wie oben verzeichnet, werden zusätzliche Fettsäuremethylester in den zweiten und dritten Reaktor zugegeben, um die Gesamt-Fettsäuremethylester-zu-Saccharose-Verhältnisse (basierend auf der Anzahl von Molen an Saccharose, welche anfänglich in den ersten Reaktor gegeben wurde) auf diese Verhältnisse zu bringen. Es wird zusätzliches Kaliumcarbonat zu dem zweiten und dritten Reaktor zugesetzt, um die Kaliumcarbonat-zu-Saccharose-Verhältnisse darin auf ungefähr 0,1 : 1 in dem zweiten Reaktor und ungefähr 0,2 : 1 in den dritten, vierten und fünften Reaktoren zu bringen. Die Temperatur in jedem Reaktor beträgt ungefähr 135ºC, die Geschwindigkeit der Bewegungsvorrichtung beträgt in jedem Reaktor ungefähr 600 U/min. und die Verweilzeiten betragen ungefähr 1, 5 Stunden in dem ersten Reaktor und ungefähr 1 Stunde in jedem der verbleibenden vier Reaktoren.
Der Stickstoffspülgasstrom wurde in steigenden Anteilen vom ersten zu dem fünften Reaktor verwendet, wobei das Stickstoffgas : Flüssigkeits-Gewichtsverhältnis im Bereich von ungefähr 1 : 1 in dem ersten Reaktor bis ungefähr 2 : 1 in dem fünften Reaktor liegt. Zusätzlich lag der Partialdruck von Methanol in dem Stickstoffgas in dem Bereich von ungefähr 2666 Pa (20 mmHg) in dem ersten Reaktor bis 106 Pa (0,8 mmHg) in dem fünften Reaktor.
Das Produkt aus dem ersten Reaktor enthält ungefähr 6 Gew.-% Saccharose, und jede umgeesterte Saccharose weist im Mittel ungefähr drei Fettsäureketten auf, die daran geestert sind. Das Produkt aus dem zweiten Reaktor enthält weniger als ungefähr 1 Gew.-% Saccharose, und jede umgeesterte Saccharose weist im Mittel ungefähr vier Fettsäureketten auf, die daran geestert sind. Das Produkt aus dem fünften (letzten) Reaktor weist keine detektierbare Saccharose auf, und ungefähr 95% der Original-Saccharose-Hydroxylgruppen sind verestert.
Die spezifischen und bevorzugten Ausführungsformen, welche hierin vorgestellt sind, werden angegeben, um die Erfindung zu verdeutlichen, und sind nicht zur Begrenzung des Umfangs der Verfahren der vorliegenden Erfindung gedacht. Zusätzliche Ausführungsformen und Vorteile innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung werden dem Fachmann ersichtlich sein.

Claims

1. Verfahren zur Umesterung von Saccharose durch eine lösungsmittelverminderte Reaktion von Saccharose mit Fettsäurealkylestern, bevorzugt mit Fettsäurealkylestern, umfassend einen Fettsäuremethylester, in Gegenwart eines basischen Katalysators und bevorzugt eines Emulgators, unter Bildung von Saccharosefettsäurepolyester-Produkten und Niederalkylalkohol-Nebenprodukten, worin der Hauptteil der Saccharose in Octaester umgewandelt wird, wobei die Reaktion in einem Reaktor bei einer Temperatur im Bereich von 60ºC bis 180ºC geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei Atmosphären- oder Superatmosphärendruck geführt wird und ein Inertgas durch den Reaktor mit ausreichend Massentransferoberflächenkontakt zwischen dem Inertgas und einer flüssigen Mischung aus Reaktant und Produkt verteilt wird, um das Niederalkylalkohol-Nebenprodukt, bevorzugt Methanol, aus der flüssigen Mischung dem Intertgas zuzuleiten und den Umsatz eines Großteils der Saccharose zum Octaester, bevorzugt mindestens 70 Gew.-% Octaester, ohne die Verwendung eines Vakuumdrucks zu fördern.

2. Verfahren zur Umesterung eines Polyols durch eine lösungsmittelverminderte Reaktion des Polyols mit Fettsäurealkylestern in Gegenwart eines basischen Katalysators zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyesterprodukten und Niederalkylalkohol-Nebenprodukten, worin das Polyol bevorzugt mindestens drei oder mehr, bevorzugt mindestens vier, Hydroxylgruppen umfasst und worin ein Großteil des Polyols vollständig verestert ist, wobei die Reaktion in einem Reaktor bei einer Temperatur im Bereich von 60ºC bis 180ºC durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei Atmosphären- oder Superatmosphärendruck durchgeführt wird und ein Inertgas durch den Reaktor mit ausreichendem Massentransferoberflächenkontakt zwischen dem Inertgas und der flüssigen Mischung aus Reaktant und Produkt geleitet wird, um das Niederalkylalkohol-Nebenprodukt aus der flüssigen Mischung dem Inertgas zuzuleiten und die vollständige Veresterung eines Großteils des Polyols ohne die Verwendung eines Vakuumdrucks zu fördern.

3. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Reaktion bei einem mittleren Reaktordruck von 101325 Pa bis 333305 Pa, bevorzugt von 101325 Pa bis 199983 Pa (760 mm Hg bis 2500, bevorzugt 760 mm Hg bis 1500 mm Hg) geführt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Umesterungsreaktion in einem Füllkörperkolonnenreaktor durchgeführt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Umesterungsreaktion in einem Fallfilmreaktor durchgeführt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Umesterungsreaktion in mindestens einem Kesselreaktor, versehen mit Gasdispergatoren und Bewegungsvorrichtungen, welche das Inertgas in die flüssige Mischung dispergieren, durchgeführt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Umesterungsreaktion in einem Mehrstufenkolonnenreaktor mit Gegenstromflüssigkeits-und-gastransfervorrichtungen zwischen den Stufen durchgeführt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Inertgas, enthaltend das Niederalkylalkohol-Nebenprodukt, aus dem Reaktor entfernt wird, im wesentlichen das gesamte Niederalkylalkohol-Nebenprodukt aus dem Inertgas entfernt wird und mindestens ein Teil des Inertgases in den Reaktor zurückgeführt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin das in Erdgas, welches zurückgeführt wird, einen Niederalkylalkohol-Partialdruck von weniger als 133 Pa (10 mm Hg) aufweist.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin der Umsatzgrad der Saccharosehydroxylgruppen zu Estergruppen mindestens 95% beträgt.