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Dans le brevet belge N8 6>3*124 du 31 1 1963 pour "Procédé pour la préparation de la cyclohoxylphénylodtont au nom de 3U demanderesse et la demande de brevet belge ft. $09* tôd déposée le Z9 juillet 1963 au de nom de la mime demanderesses cette dernière z décrit des procédés permettant de préparer la cyclohoxylphênylcétont et la dicyclohoxylcétone avec des reade- ment* pratiquement quantitatifs, calculée sur leu acides soumis à la réaction, procédé qui utilisent comme c<t*lyt<n3t des oxyde$ métalliques et en particulier l'oxyde de manganèse, dissous dans les acides eorreatondanta.
Bien que capables de donner des rendements pratiquement quantitatifs les procédés décrit* dans les breveta cités préeentent toutefois un inconvénient dans le fait que la taux de conversion des acides soumis à la réaction
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n'atteignait que le pourcentage de 70 à 90%,
Pour obtenir, avec les procédés connus jusqu'à présent, le taux de conversion le plus élevé possible, on adop- tait des réacteurs de forme cylindrique dans lesquels on mainte- nait la masse fondue du catalyseur en circulation, et on faisait arriver les acides vaporisés en contre-courant ou bien on intro- duisait les acides liquides ou vaporisés sur le fond du réacteur.,
Les procédés connus jusqu'à ce jour présentaient
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en outt. l'1noonv'n1.nt résidant teins le fait que la ma.., fondu@ du catalyseur diminuait AU coure de 3.<@p<raen 4U8, du fait ' de la diminution de la quantité de catalyseur, alors que la
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rendement restait inchangé, la cétone qui se formait prenait progressivement une coloration de plus en plus intense.
La demanderesse a constat', et ceci constitue l'objet de la présente invention, que, par une simple modification ap portée au procédé cité, on peut obtenir, non seulement des ren
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dementa pratiquement quantitatifs en cyclohexylphényloétone et en dicyclohexyloétone, mais, .également un taux de conversion pratiquement quantitatif de* acides en cétone. Les cétones obtenues sont donc entièrement pures d'acide. carbrjxyliqttea ou du moine, n'en contiennent que des quantités minimes. cette simple modification peraet en outre de maintenir la quantité de catalyseur lndhmgd4s MOM4 pendant une longue période de travail, et de prolonger 11n.l son ..'1Vl\'.
Le nouveau procédé Il distingue des proaadet connus jusquth ce jour, en et que l'absorption des acides sur les oxyw des métalliques (formation des sels) s'effectue séparément, de la préparation de la cétone* Dans le cas le plus simple, on
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travaille avec un récipient unique et de façon a éviter que les cétones et les acides ne distillent pendant'la première phase de traitement, c'est-à-dire lorsqu'on introduit les acides à
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côtoniser dans le catalyseur - tandis que l'on auepend l'lntro- 1 ductlon dea acides pendant la deuxième phase du procédé - -s'eat-'A- dire lorsque la cétone distille.
On petit diviser les deux phase* de travail, par exemple en opérant à l'aide d'un réfrigérant a rechute et d'un réfrigérant descendant munis tous les deux de robinets. Pendant que l'on introduit les acides, on fonce le robinet du réfrigérant descendant et on ouvre celui du réfrigérant
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â rechute. Au-dessous du réfrigérant à rechute on peut disposer un récipient pour recueillir l'eau qui se forme pendant l'1ntrow duction des acides.
Après avoir ajouté une quantité d'acide déterminée on forme le robinet du réfrigérant à rechute et on ouvre celui du réfrigérant descendant
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A la place d'un réfrigérant descendant, on peut employer avantageusement un groupe d'appareils qui, sur la
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figure 1 du dessin annexé, est représentés la droite du talon.
Pour maintenir constant le volume du catalyseur, on
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doit ajouter de temps à autre une quantité d'acide qui, en voulu- me, correspond presque à la quantité de cétone distillée, en tenant compte du fait que la quantité de cétone distillée est inférieure à la quantité d'acide introduite, en raison de la perte de C02 et d'eau. Les poids spécifiques des acides et-de
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la cétorit sont presque identiques et, on partant de 120 1 d'acide hek4hyntobenlolqu, et de 121 g d'Iold, <9<nMÏqm (-." 1 d, .'ian- au d'acides) i on obtient 128 g de oy010h.lph"rl0"on..'. partir de ?56 g d'acide hoxahydtobonnotques en obtient 114 8 d4 dioycloh.lo4ton. de sorte que l'on ebtient environ 0,? m* de cétone par cm3 d'acides introduit...
La colonisation et l'absorption des acides peuvent
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fsglt.8nt s'effectuer séparément dans deux réacteurs différents dans lesquels le catalyseur est constamment maintenu en mouvement à l'aide d'une pompe chauffée. Il est avantageux de maintenir la température du réacteur dans laquelle s'effectue l'Absorption à
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un valseur légèrement inférieure à celle qu'on maintient de façon constante dans le réacteur dans lequel se produit la o'ton1- nation Pour préparer la cétone mixte (cyclohexylphényl oétone) il est avantageux d'opérer avec des quantités d'acide banzotque et d'acide hexahydrobenzoïque pratiquement 6qutmolair..
On peut toutefois également opérer avec un léger excès molaire (0,1 - 2 %, au maximum 5 %) d'acide hexahydrobenzozque par rapport â l'acide ,rr\,le* Cet excès se retrouve dans les produits finals 80>6 i*. Â!....i u , )'9yclohexylcétone, ou d'acide hexahydrobentolque non transformé.
Le nouveau procédé ne diffère des procédés décrits dans
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les breveta oit" plus haut que par le fait que 1 absorption d4b acide. tur Un oxydes métallique! (préparation daa eeit .,"al11- qu4) etottectuent séparément de lu luttl ** > eétaftiaation. torsquton opéra suivant le nouveau procédai ':1:. :
fut t1-" srn'ayf? uniquement un sol de manganèse, ou bien un sol de mngâx- mélange avec d'autres aelt m&tall1que., ou bien on peut nocre le remplaer entièremetn par ces autres sels ii est également avantageux d'insulffer de la vapeur d'eua, soit au corus is l'absorption et pendant 1a réaction de canonisation* soit pendant - une seule de ces deux phases. Il *tout révèle également .avant..
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geux de protéger le catalyseur - si n'cesea1re - d'une oxydation possible en introduisant de l'hydrogène dans la masse réaction-
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nielle.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrira le procède par des exemples non limitatifs suivante et en regard du dessin annexe dans lequel
La figure 1 représenta en 1 un serpentin de chauffage à la vapeur en 2 un embout séparateur contenant l'acide en 3 un ballon de réaction, en 4 un agitateur à palette* articulées
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en 5 un thermoptnetrct en 6 un réfrigérant à boules avec clrçu- lation de H20, en 7 un collecteur de HO, en 8 un robinet de *ortie de H2op en 9 un robinet de déchargement du produit oondln- ae, en 10 un récipient collecteur du produit condensé en ll ,12# un poumon Brtcheel 1 barbotage de 002' en 13 un appareil 64 %tour* du gaI (compteur)
* La figure 2 rtpféfttnti M A un riaotour "titUattauf, en a un réacteur odtontlattur, tn 1 une pespe d' introduction des acides# en 2. , .. 11. 12, un agitateur, en 4 lJ# une sain,$ thermométrique, en 5-U un tuba de chargement* en 6 un 4*rpëntÎ#t de surchauffe de la vapeur de "2 ' en T un typhon, an 8 un col- lecteur de H 200 en 9-10 des réfrigérants en 15 une poppe de circulation de la masse catalytique, en 16 un tube de distillation,!
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en 17 un typhon de déchargement continu, en 19 un r'oipi8"' dol lecteurs en 19 de* tubes de sorti* des sa$ #tg an 20 un appareil de moeurs du gaz (compteur)* Le graphique de la Fige 3 représenta la variation de
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l'indice de réfraction d'un mélange de diayclshexjr3,cétanr et de ayc,
ahexyxphdnylcdtan$ en ordonnée ,8- 0 en fonction des pourcentages (en abscisse)
Le graphique de la Fig 4 représente la variation de
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l'indice de réfraction de ce mélange (en ordonnée) z 428 Ci également en fonction des pourcentages (en abscisse).
EXEMPLE 1 a) Préparation du catalyseur.
Dans un ballon d'une capacité de 2 litres, muni d'un réfrigérant à rechute, d'un agitateur, d'un thermomètre, d'un tube d'entrée du gaz et d'un embout goutte-à-goutte, en charge 524 g de carbonate de manganèse commercial (teneur en manganèse
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métallique 42 % - 4 moles) et 488 g d'acide hexahydrobenzoîque.
On mélange, sous agitation et en insufflant en mjtme temps de l'hydrogène, à la température de 110-120 C pendant une heure. Ensuite, on ajoute $g autresg d'acide hexahydribensolque (rapport molaire entre le manganèse et l'Acide hexahydrobenMique " 1t1 9) On remplace le réfrigérant & rechute par un réfrigérant descendant et on chauffe lentement le mélange Jusqu'à 70* 0 en l'eaplot de 2 heures pendant lesquelles il se diitillt de l'eau qui entraîne 39 g d'acide et 11 se dégage du 002' Il restt danl 1. ballon 1210 1 de catalyseur,
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b) Préparation de la o'ton..
On relie le ballon à l'appareillage (voir figure i 1 on ouvre le robinet 9 et, par introduction de vapeur d'eau sur- chauffée, on chauffe la masse réactionnelle sous agitation à 390-395* C jusqu'à ce qu'on ait recueilli, dans le récipient 10, une quantité de 150 cm3 de liquide organique. On ferme le robinet 9 et, en l'espace de 12 mn, on fait couler, du récipient 2 au
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ballon :3r une quantité de 200 g décide hexahydrobensotqui qui sont rapidement absorbée par la maene du catalyseur.
L'eau qui provient du serpentin de surchauffait 1 et l'eau qui ote#t forint pendant la réaction Il raisemblemb dmia le aollootour 7 et on décharge l'eau de tamps a autrct On 5ï i J90 & Ci 4n 3 an, la température de la masse réactionnelle qui, infcrt te8tpt, ia3,t$ abaissée A 38O-3850 0, Entre temps, on ouvre 1* robinet 9.
Xn l'espace de 12-15 enn, il ne distille 150 autres gràiaata de aubâtanoe organique, tandis que la t iiipéfature dt 14 ..". t4ocm* ticnnel1e monte à nouveau a 3950 0. On répété 1 #opération I Intervalles réguliers et on l'interrompt au bout de 20 heur...
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A partir de la quantité globale de 6000 g dfacide hexahydrobensolque introduite dans l'appareillage en 20 beur'.., on obt,ient 6027 g de substance organique, qui donnent 59$0 g de d1cyc10lnexylo6tnna et 48 g d'acide h,xahydrob.nao!:qu8 non trans- formé, est 17 g de substance à haut point d'ébullition. Dans le ballon, il reste encore 1175 g de catalyseur dont on prélève un échantillon pour en titrer les constituants. Le titrage
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s'effectue de la façon suivante s on chauffe tout d'abord 1 tillon avec un excès d'acide chlorhydriue jusqu'A ce que le manganèse se soit dissous sous la forme de chlorure. On sépare la couche organique et on la distille. Il reste quelques gramme.
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de nroduit il haut point dibuZlit.on.
On agite le dietillat avec une solution de carbonate de sodium à 10 % on sépare la couche alcaline et on acidifie.
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L'acide hexahydrobonxoïque précipite sous forme huileuse. La couche organique du distillât est constituée par de la dieyclohe xylcét,one pure (identifiée par détermination de l'indice de réfraction n. 14 1,484 ; Bilstein VII, 143). Si l'on reporte 1. la Masse totale du catalyseur les résultats obtenus sur l' 6- f> chantillon on trouve que, en dehors du manganèse, il contient
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encore 95 g de dlcyclohexyloétone, 790 g décide hexahydrobert.. zotque et .21 g de produits à haut point d'ébullition.
Si l'on tient compte de la quantité totale 8, C , d'aide introduit dans l'opération et de la quantité totale,
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C38 g d'acide récupéré, on obtient un rendaient global de
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6045 g de dicyclohexylcétone, ce qui correspond à 98.4 du rendement théorique.
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Wl:#kL.i.
On utilise 1 appareillage décrit à l'exemple1 (voir figure 1) aussi bien pour la préparation du catalyseur que pcaux celle de la cétone* a) Préparation du catalyseur*
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On charge dans le ballon 524 g de carbonate de Manga<* nène commercial (42% de manganèse métallique - 4 moles) 251 g d'acide hexmhydrobonzoïque (wl#96 mole) et 237 z diacide benaot.
que (# 1,9 mole)* On maintient le mélange, sous agitation et en insufflant de l'hydrogène, à la température de 1 t(?12t1' pendant 1 heure. Ensuite, on ajoute 251 autres g d'acide hexa hydrobenzolque et 237 autres grammes d'acide benzoue (rapport
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molaire entre le manganèse et la quantité tita1e d'acides m 111,91'5). On remplace le réfrigérant à rechute par un réfrigé- rant descendant et on chauffe le mélange sous agitation pour le porter en 2 heures à la température de 30 C. Il distille de l'eau et il se dégage du CO2 La masse du catalyseur restée dans le ballon pèse 1256 g.
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b) Préparation de la cyclohacylphénylctona.
On relie maintenant le ballon à l'appareillage (voir
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3.,ur 1) ; on ouvre le robinet 9 et on chauffe la masse contenue . i?! ballon, sous agitation et en introduisant de la vapeur d.aa"18Uchurrée, à la température de 335-340* 0, jusqu'. ce que, dans le récipient 7, on ait recueilli 150 car de liquide organique. On ferme le robinet 9 et en l'espace de 12 an, on
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on fait couler du récipient 2 au ballon 3, une quantité et* 200 &
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de mélange d'acide hexahydrobanoiqua et d'acide benaaique (102.t d'acide hexabydrobentotque et 97#î g #i's.cid*? *## a7qu j rap- port cataire 1,0 s i ).
L'absorption ne produit i#eédiateraent et il et fort.a de l'eau qui, avec celle qui provient des serpentins de sur- chauffage 1 est recueillie dans le collecteur 7 et déchargée. de temps à autre* On porte à nouveau à 340* C en l'espace de
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3 mn environ la température de la est r4actionnelleu qui, entre temps était descendue à 32Ô-33O* C. Au bout de ce tempo# on ouvro le robinet 9. En l'espace de 15 minutes, il distille
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150 nouveaux m.3 de substance. organique, pendant que la teMpe" rature de la masse réactionnelle monte de nouveau à 342* C.
On répète l'opération du intervalles réguliers et on l'interrompt au bout de 20 heures*
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A partir de la quantité globale de 8000 g de Mélange d'acide! (4116 g d'acide hexahydrobenMÎque et 3664 g d'acide bentotquo rapport molaire 1.01 t 1) qu'on a introduite dan l'appareillage en l'espace de 20 heur.., on obtint 6050 gl de distillât organique qui - trait'. comme décrit 1 l'txempl 1* donnent 5955g de cyclohexylphénylcétone, 40 g de dicyclohoxyl- cétone, 32 g d'acide hoxahydrobenlotqut et 5 e de produits à t haut point d'ébullition.
Il reste dans le ballon 1161 g de catalyseur qui.
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traités comme décrit à l'exemple 1, donnent encore >72 1 d'acide hexahydrobenzoïque, 373 g d'acide benxolque, 110 g de cycles haxy3.phényicdtcna, et 17 g de produits A haut point d"bul11tlon (rapport entre l'acide hexahydrabenaoiqLa et l'acide benlotqul, mesuré par l'indice de réfraction du distillat (voir graphique de la figure 4)..
Le rendement et le taux de conversion as calculent comme décrit à l'exemple 1, dans tenir compte du petit excès
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de 0,01 mole d'acide hexahydrobenzolque par mole d'acide benton" que qu'on trouve tant dans le distillât que dans la nasse du
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catalyseur soue forme de dicyelohexylcétone. On obtient un
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rendement en cyclohexylphénylcétone, qui équivaut 4 99% du rendement théorique et un taux de conversion équivalent à 99%
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SXRMPEE ,3
On utilise aussi bien pour la préparation du cat lyseur que pour la cétonisation du mélange des acides un appareillage en acier inoxydable (voir figure 2). a) Préparation du catalyseur.
On charge dans le réacteur A 5,240 kg (40 moles) de carbonate de manganèse commercial 42% de manganèse métallique) ,
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2,500 kg d'acide hexahydrobensolque (19,55 mules) et 2*375 kg d'acide benzoïque (.19, moles). On chauffe le mélange soue agitation (40 T/mn) sous un léger courant d'hydrogène et on le
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maintient à la température de 1 tt.120 pendant 1 heure, Ensuite on introduit à nouveau 2,$02 kg d'acide hexahydroben- totque et 2,379 kg d'acide benzoïque (rapport moisir* entre le manganèse et le mélange des acides m 1 t t ,9 et on chauffe len- temoit la masse pour la porter à 3200 tu en l*eapaea de 2 heur...
On recueille l'eau qui 4i forme (1,310 kg) dans le Colle4t4ur a tandis que le C02 qui provient du carbonate de manganèse tra- verae le compteur 20. La maaee du catalyseur qui reste dans le réacteur A pèse 11,915 kg son poids spécifique est de 1,3
On répète la même réaction avec les Mixtes quantités dans le réacteur B. L'eau formée s'élimine à travers le syphon 17
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b) Préparation continue de la cyclohexylphénylcétone.
On chauffe les masses catalitiques qui se trouvent dans les réacteurs A et B à 320-325* C sous agitation (40 T/mn) et en insufflant un léger courant de vapeur d'eau surchauffée qui traverse le serpentin 6 et le tube d'introduction 21 L'emploi
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de vapeur d'eau dans le rd&4tur A à une influait presque nulle. Ensuite, on porte 11 ratas* contenu* dan* 10 riactour a à la température nécessaire pour la canonisation 2,'g, un 10 un 750 enr de matière organique distillent par le tube 16 et.
A travers le syphon 17$ aboutissent au récipient 0011... teur 18 A ce moment, on fait passer la masse du réacteur A
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au réacteur , au moyen de la pompe à engrenage 15, d'un débit , ,de 8 kg/h et qui est chauffée & 320-325* 0? En ofto temps, et en l'espace d'une heur., on introduit dans le réacteur A, au moyen de la pompe A engrenage 1, maintenue à la température de
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100-110' C, 6 autres kg de mélange décidée port' . 100-1100 c.
Ces 6 kg de mélange d'acides sont composée de 3 OS 3 kg d'acide' hexahydrobensolque et 2,917 kg d'acide benzoïque (rapport Molaire 1,01:1).. ! Le mélange des acides est immédiatement absorbé par la masse vatalytiql1e présente dans le réacteur A.
Pour contrôler la réaction qui se produit dans le réacteur A, on utilise une baguette graduée que l'on plonge dans la masse à travers le tube de sortie 5, à intervalles de 30 mn environ.
On peut ainsi contrôler le niveau du liquide présent
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dans le réacteur A et on peut également vérifier ai la maass ; contient encore de l'oxyde de manganèse non dissous (1 'Ch8n- i tillon prélevé avec la baguette doit présenter la couleur verte
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de l'oxyde de manganèse), Si la totalité de l'oxyde de mangea.
nëse est entrée en solution -ce qui indique la'présence d'un excès d'acides- on augmente le débit de la pompe 15
On maintient la température du réacteur A à une valeur
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constante de bzz310* C et l'eau qui s'est formée pendant la formation des sels ainsi que l'eau qui provient de la vapeur
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d'eau introduite se condensent dans le réfrigérant 10 On ru cueille l'eau dans le collecteur 8 et on le décharge, de tempo à autre..
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On maintient la température du reaottur Bzz dani lequel effectue la étr.aticr, une valeur eon&tant*3 de 348 <w 343* 0, en envoyant en continu au réaoteur B à travers le typhon 7 la masse des acides absorbée présenta dans le réacteur A
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On'conduit la réaction de maçon". faire passer dans le réacteur A, en l'espace de 10 mn 1000 car de nouveau mélange . diacides et 750 cm3 de substance organique distillent du réacteur B.
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On cotitr8le en continu la régularité du déroulement de la réaction à l'aide de diverses mesures, en particulier
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1*) par la mesure de la quantité de 002 (compteur 20) dégagé pendant une certaine unité de temps.
2*) par la mesure de la quantité de substance organique distillée dans la même unité de temps,
Par exemple, on recueille le produit organique distillé en l'espace de 10 mn exactement ; le volume de ce produit doit être de 750 cm. Si, en 10 mn, il s'échappe par distillation moins de 750 cm3 de produit organique et, si en même temps, il se dégage moins de 100 litres de gaz, on augmente la température
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du réacteur B de 2'-3" C jusqu'à ce que les quantités de produit organique et de gaz dégagé aient a nouveau atteint leurs vallut:8 normales..
Si en l'espace de 10 mn, il se'dégagent plus de 100 li très de gaz et qu'il se distille plus de 750 car de substance organique on abaisse la température du réacteur B de 2-3 C jus-
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q J ? ça que la quantité de gaz et la quantité de substance ;
,ariqu aient à nouveau atteint leurs valeurs normales.
Lorsque la température du réacteur B est maintenue constante à 342-343* C, les quantités indiquées pour le gaz
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et le distillat atteignent la limite minimum des quantité
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prescrite de aorte que dans le cours da 3 lat décrit ici, d'une durée de 60 heure , il o été néceaait <- .> .*?l< d'augmenter la température de 20 C environ à plusieurs il z En outre, comme 3'&ne contrôle, la température intérieure
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du réacteur B constitue un indice de l'allure de la distilla-
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tien.
Si, pendant une certaine unité de tempo, il a 'échappa par diatillation une trép grande quantité, la température Monte jusqu'à 3500 C tandis qu'elle baisas jusqu'à 333-34" C oi la
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quantité de distillat est trop faible.
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La quantité de produit distillé qui traverse le xyphen 17 et qui est recueillie en continu dans le collecteur 18 et.- teint entre 4 6 et 41g litre$/heures y compris Ilesur Au bout de 60 heures$ on interrompt la i'altZ"1s !'<n* dant et temps, 360#5 kg de mélange dttoides (49 kg diamide h )M.hydr8enMÏque et 175 52 kg dgatide bontotqtlt) son% ertfdt en réaction et on a ebtenu 269p 1 d'un distillat 6rgan<<)u< qtit distillé â nouveau, donne 266,6 kg dm produite dlatillables et Oo7 kg de résidu à haut point d'ébullition* On prélevé un échantillon et on détermina la teneur en acide hxahydrosenaqu1 non transformé (agiter avec une bolu- tien de carbonate de sodium à 10 , séparer la couche alcaline- aqueuae, acidifier, titrer leacîd* hexahydrobenzoïqua). ta quantité d'acide hexahydrobenzoïque présent, rapporte & la quantité totale de distillât, est de 1;1 kg.
Le reste du dis- tillat, de 267,5 kg, est constitué par de la cyclohfxyiph4nyl¯ cétone (Identifiée sur un échantillon, exempt d'acide htxahydro- benzoïque, par l'indice de réfraction nD59- 1,5236(7). voir le
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graphique de la figure 3). La masse catalytique, traitée comme
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d4crit, à l'exemple 1, contient encore zur kg d'acide hexahydro- ben éthique, 7.27 kg d'acide benzoïque (déterminé par l'indice de réfraction du mélange), 1,6? kg de ayclsha3cyiphnyla'toni et 0, 27 kg de produite à haut point d'ébullition.
Compte tenu
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de la quantité totale 380 kg de mélange d'Acides introduite
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(195 kg d'acide hexahydrobenzoïque et 185 kg d'acide benzoïque). et de la quantité totale de 8,5 kg d'acide hexahydrobenzoxque et de 7,3 kg d'acide benzolque que l'on récupère, le rendement total en cyclohexylphénylcétone est de 269,4 kg ce qui corres- pond à 98,4% du rendement théorique.
Le taux de conversion, calcul' comme décrit 1 l'exemple 1 correspond à 99 %
REVENDICATIONS
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1 1. Procédé de préparation de la d1cyclohexylcétone ou de la cyclohexylphénylcétone par transformation d'acide hexahydrobenzo'Cque ou d'un mélange équimolaire d'acide hexahy- drobenzo%que et d'acide bontotque roppectivements à des tempe- ratura comprises entre 280 et 450* Ci en rr6renoe d'oxyde. M4 talliqJea, en particulier dfoxyde de manganèse di44OU4 dan. le$ acidet considéra, caractérisé en et que l'on opère l'intro- duction des acides drria les oxydes métallique$ et là tranafor- mation des acidea en cétonea en deux opération séparées, dans le but de favoriser l'activ1t du catalyseur et d'augmenter le taux de conversion.