專利名稱：向結(jié)晶器組中加水以提純對苯二酸產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備芳族多羧酸的方法。更具體地，它涉及一種降低對苯二酸產(chǎn)品的光密度的方法，該產(chǎn)品包含基本上為對苯二酸所飽和的液態(tài)水溶液，而且在約204℃(400°F)至288℃(550°F)的溫度下含有約500至6000ppm的對甲苯甲酸。
工業(yè)粗對苯二酸含有約800-7000ppm重量的4-羧基苯甲醛和約200-1500ppm重量的對甲苯甲酸作為主要雜質(zhì)，在有些粗對苯二酸中也含有較少量(約20-200ppm)具有苯偶酰、芴酮、或蒽醌結(jié)構(gòu)的黃色芳族化合物，這些化合物具有特征性的黃色，它們是在對二甲苯氧化過程中發(fā)生的偶聯(lián)副反應(yīng)所產(chǎn)生的雜質(zhì)。這些黃色芳族化合物在光譜的一些紫外區(qū)段和可見區(qū)段中吸收光，而在這些區(qū)段中對苯二酸是不顯著地吸收光的。由于這些黃色化合物的吸收會使精制的對苯二酸溶液的“光密度”增大，因此，可用光密度來作為精制的對苯二酸中所含雜質(zhì)的量度。
美國專利No.3，584，039(Delbert H.Meyer)宣示了一種可行的、工業(yè)上有用的精制這類可從市場購得的對苯二酸產(chǎn)品的方法，該方法是在200℃(392°F)至374℃(705°F)的溫度下，在有固態(tài)氫化催化劑(例如在碳載體上的金屬鈀)存在的條件下，用氫來處理產(chǎn)品的液相水溶液，并在50℃(123°F)至150℃(302°F)的溫度范圍內(nèi)使對苯二酸從不含催化劑的液相溶液中結(jié)晶出來。催化加氫處理使4-羧基苯甲醛轉(zhuǎn)化為對甲苯甲酸，并使對苯二酸脫色。
英國專利No.1，152，575的目的是將Meyer的專利方法開發(fā)于工業(yè)應(yīng)用，它對從溶解粗對苯二酸的步驟至將對苯二酸從經(jīng)過加氫處理的水溶液中結(jié)晶出來的步驟這整個過程，提供了改進的實施方式。對于上述的結(jié)晶過程，該英國專利宣示了使用溶劑蒸發(fā)來產(chǎn)生使對苯二酸結(jié)晶沉淀所需的冷卻，但提醒注意在實施這種蒸發(fā)冷卻時，應(yīng)避免由于溶劑瞬時閃蒸而可能發(fā)生的溶液驟冷，因為這種驟冷會使所溶解的雜質(zhì)共沉淀從而污染對苯二酸產(chǎn)品。為了避免這種驟冷的污染影響，該英國專利宣示了蒸發(fā)冷卻應(yīng)該通過使蒸發(fā)在平衡背壓下進行來加以控制，例如在平衡壓力下通過蒸汽廢氣的節(jié)流來控制。這實際上是一種可控制速率的蒸發(fā)冷卻。
美國專利No.3，931，305認(rèn)為是催化加氫處理使對苯二酸脫色，而且結(jié)晶器組是作為未反應(yīng)的4-羧基苯甲醛及其氫化產(chǎn)物對甲苯甲酸與余下的對苯二酸分離開來的一種手段?，F(xiàn)在已經(jīng)將美國專利No.3，931，305所公開的方法進行了改進，使得產(chǎn)品的光密度減小了90%以上(通常為92%)。這是通過向一個或幾個結(jié)晶區(qū)內(nèi)加水而達(dá)到的，加水的數(shù)量是每1000克對苯二酸加入100-600克水，而各個結(jié)晶區(qū)在依次遞降的溫度下運行。這樣將光密度值從最初的1.183最終改變?yōu)?.089。
根據(jù)上述英國專利，通過可控制速率的蒸發(fā)冷卻而進行的結(jié)晶過程，被用于在所述條件下以三個串連階段進行的連續(xù)結(jié)晶過程，該過程在3.4小時內(nèi)形成168℃的溫度降(華氏溫度降302°F)將溶液從起始溫度277℃(530°F)降至第三階段的109℃(228°F)。上述結(jié)晶過程的這種實施方式，所得到的平均冷卻速度是每分鐘1.48°F，它不僅是太慢了，而且當(dāng)應(yīng)用于含有2400ppm對甲苯甲酸的對苯二酸水溶液時，所得的對苯二酸產(chǎn)品仍含有1200ppm對甲苯甲酸。這樣的產(chǎn)品在聚酯纖維制造中用來與乙二醇直接反應(yīng)是不能被接受的。
利用溶劑閃蒸而誘導(dǎo)對苯二酸從也含有500-6000ppm對甲苯甲酸(按對苯二酸的數(shù)量計算)的水溶液中結(jié)晶出來的方法，如果不恰當(dāng)?shù)貙嵤┑脑?，將會引起上述英國專利所提及的及其后的美國專利更普遍地說明的對甲苯甲酸污染現(xiàn)象。這種污染現(xiàn)象是有些反常的，因為雖然始終有足夠的水溶劑來防止對甲苯甲酸的飽和或過飽和，但是對甲苯甲酸仍然從溶液中析出。上述較新的美國專利認(rèn)為這污染現(xiàn)象是以某種方式依賴于結(jié)晶速率以及結(jié)晶與產(chǎn)品分離的最終溫度，而不是僅僅依賴于對甲苯甲酸在溶液中的濃度。
美國專利No.3，497，552(George P.Olsen)是針對存在高含量可溶性污染物條件下，對苯二酸的連續(xù)結(jié)晶過程的，其中利用一個大的循環(huán)回路將水注入到一組結(jié)晶器的每一結(jié)晶器內(nèi)，結(jié)晶器的冷卻發(fā)生于循環(huán)回路中。有機化合物溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶出來的過程，是在沒有溶劑蒸發(fā)或是其它方式的溶劑去除的條件下，在含有有機化合物溶質(zhì)的溶液不發(fā)生驟冷的條件下實施的。
現(xiàn)在已發(fā)明了一種降低對苯二酸產(chǎn)品的光密度的方法，在此方法中，直接將水加入到一組結(jié)晶器中的一個或幾個結(jié)晶器內(nèi)。
發(fā)現(xiàn)了一種制備對苯二酸的方法，產(chǎn)品含有不高于150ppm(重量)的對甲苯甲酸(即纖維級品質(zhì)的對苯二酸)，而且其光密度降低了90%以上，從約1.183降至約0.089;該方法可適用于含有500-6000ppm(重量)對甲苯甲酸的對苯二酸水溶液，向數(shù)目不多(至少2個)的串連的帶攪拌的結(jié)晶區(qū)內(nèi)，按每1000gm對苯二酸約100gm至600gm水的數(shù)量加水，就能有利地利用基本上是瞬時的結(jié)晶作用，使微量的溶解的對苯二酸析出。這種連續(xù)的結(jié)晶過程和向一個或幾個結(jié)晶器加水的方法，可以成功地應(yīng)用于溫度在204℃(400°F)至288℃(550°F)范圍內(nèi)基本上飽和的對苯二酸水溶液，只要各結(jié)晶區(qū)是在191℃(375°F)至149℃(300°F)及更低的溫度運行，而且各結(jié)晶區(qū)最好是以使原來溶解的對苯二酸結(jié)晶出來的比例依次遞降的方式運行。
以下說明本發(fā)明的方法的成功之處。
將少量的水加入到一個或多個結(jié)晶器內(nèi)能夠?qū)档凸饷芏扔酗@著作用，確實是令人驚異的。
如上面所述，各種有機雜質(zhì)會污染對苯二酸產(chǎn)品。其中對甲苯甲酸是主要雜質(zhì)。這些雜質(zhì)的污染會影響對苯二酸產(chǎn)品的光密度。在過程中將水加入到一個或幾個結(jié)晶器內(nèi)可大大降低對苯二酸產(chǎn)品的光密度。顯然，充分?jǐn)?shù)量的雜質(zhì)被從產(chǎn)品中去除，導(dǎo)致了光密度的顯著降低。
本發(fā)明提供了一種可使對苯二酸產(chǎn)品的光密度降低90%以上的方法，該產(chǎn)品是從在204℃(400°F)至288℃(550°F)溫度范圍內(nèi)含有500-6000ppm對甲苯甲酸的基本上為對苯二酸所飽和的液態(tài)水溶液中析出的，本方法包括在向包含兩個或更多個利用水的閃蒸的一組帶攪拌的結(jié)晶區(qū)中的第一個區(qū)連續(xù)地輸入所述液態(tài)溶液之后，直接將水加入到至少一個上述結(jié)晶區(qū)中，加入的數(shù)量是每1000克對苯二酸約100-600克水，各結(jié)晶區(qū)在依次遞降的溫度下運行，至少最后的結(jié)晶區(qū)是在約191℃(375°F)至約149℃(300°F)或更低的溫度范圍內(nèi)運行，使本來溶解的對苯二酸以遞降的比例結(jié)晶出來，再從所述每個結(jié)晶區(qū)將閃蒸的水去除，同時將對苯二酸產(chǎn)品的回收溫度保持與最后結(jié)晶區(qū)的溫度相同。
關(guān)于利用水的閃蒸的串連的帶攪拌的結(jié)晶區(qū)，怎樣選擇一個現(xiàn)實而有效的數(shù)目，是與對甲苯甲酸相對于對苯二酸而言的濃度相聯(lián)系的，而與對甲苯甲酸在輸入任何其它區(qū)的溶液中的濃度無關(guān)，并且因為對苯二酸每一增量數(shù)量的結(jié)晶過程基本上是瞬時的，這種選擇也不與實施對苯二酸結(jié)晶的任何速率相關(guān)的技術(shù)相聯(lián)系。對于這種按對苯二酸計算含有500-6000ppm重量對甲苯甲酸的原始對苯二酸溶液，串連的這種溶劑閃蒸的數(shù)目，總數(shù)一般為不超過八個帶攪拌的結(jié)晶區(qū)。例如，兩個這樣的區(qū)適合于500-1000ppm對甲苯甲酸，三個這樣的區(qū)適合于500-2500ppm對甲苯甲酸，四個這樣的區(qū)適合于1500-4000ppm對甲苯甲酸，而五至八個區(qū)適合于2000-6000ppm對甲苯甲酸，雜質(zhì)含量均以最初溶液中的對苯二酸為基準(zhǔn)?？梢韵蛎總€結(jié)晶器都加水，或者至少向一個結(jié)晶器加水。在有利地使用結(jié)晶器的系統(tǒng)中，水是通過第5個結(jié)晶器加到酸中的。但是那些與對甲苯甲酸在對苯二酸中的濃度相聯(lián)系的結(jié)晶區(qū)數(shù)目，并不是唯一的可以成功應(yīng)用的數(shù)目，如下面將會證明的，當(dāng)對甲苯甲酸在對苯二酸中的含量為1500-6000ppm時，用3至6個帶攪拌的結(jié)晶區(qū)就可回收得到纖維級品質(zhì)的對苯二酸(即對甲苯甲酸不多于150ppm)。對于所述含1500-6000ppm對甲苯甲酸的對苯二酸，較好使用3至6個溶劑閃蒸區(qū)，而水以加到最后三個結(jié)晶器內(nèi)為宜。本發(fā)明的連續(xù)過程，從其工業(yè)運行所需資金投資成本的觀點來看，當(dāng)對甲苯甲酸在對苯二酸中的最初濃度在500-6000ppm重量的范圍時，以使用2至6個溶劑閃蒸區(qū)為好。
在2至8個(較好是3至6個)溶劑閃蒸區(qū)的每一個區(qū)運行時，所蒸發(fā)的微量的原來的水都不返回至過程的任一級。在這一組2至8個(較好是3至6個)帶攪拌的結(jié)晶區(qū)中各溶劑閃蒸的工作溫度，可根據(jù)對苯二酸飽和濃度對溫度的曲線而審慎地選定以使整個過程的溫度分布能較好地符合上述曲線。下面提供的說明性例子中，將給出一些這類溫度分布曲線，遵循這些分布將可得到所示的相同結(jié)果，它們也可在溶液中的對甲苯甲酸濃度與說明例不同但仍為對苯二酸的500-6000ppm重量范圍內(nèi)時，作為選擇不同的溫度分布曲線的指導(dǎo)。
本發(fā)明方法的運行可以有很大的靈活性，不但最初輸入的對苯二酸水溶液中對甲苯甲酸的含量可在500-6000ppm重量范圍內(nèi)變化，而且在帶攪拌的結(jié)晶區(qū)的數(shù)目選擇甚至對苯二酸產(chǎn)品的最終質(zhì)量方面都是這樣。當(dāng)溫度達(dá)到191℃(375°F)至149℃(300°F)的范圍以后，依賴于溫度的對甲苯甲酸的排除就變得重要了。在每一個結(jié)晶區(qū)中結(jié)晶出來的原來溶解的對苯二酸的增量在溫度到達(dá)上述191℃-149℃之前可以是相當(dāng)大的，而在那以后原來溶解的對苯二酸結(jié)晶出來的增量應(yīng)當(dāng)逐漸變小。應(yīng)該將水加入到這些最后的結(jié)晶階段中，以將光密度降低90%以上;但是每一個這些較小的增量，并不限制在原來溶解的對苯二酸的一個嚴(yán)格的極限百分?jǐn)?shù)之內(nèi)。這依賴于溫度的現(xiàn)象，以及在溫度低于上述191°-149℃范圍時需要將結(jié)晶出來的對苯二酸增量減小，正是說明此工藝運行的靈活性而不是它的呆板性。
一般來說，選擇191℃(375°F)至149℃(300°F)及更低溫度下各結(jié)晶區(qū)溫度分布曲線的關(guān)鍵因素，是選擇每一個區(qū)的溫度，使得在每一階段結(jié)晶出來的對苯二酸增量逐漸地小于前一區(qū)的增量。這不僅可使低于171℃(340°F)-160℃(320°F)范圍結(jié)晶出來的對苯二酸比例減到最小，而且也使對甲苯甲酸的污染降到最小。
光密度按以下方法測量。
對苯二酸樣品將對苯二酸樣品(3.1-3.3克)溶解于50ml的4N NH4OH中。用Perkin Elmer552，550，200或相當(dāng)?shù)姆止夤舛扔?，將所得溶液放?cm長的方形石英樣品池內(nèi)，測量在340nm的吸收率。所有測量結(jié)果按下面方法表示為對50mm光程長度6.5%對苯二酸溶液(標(biāo)準(zhǔn)條件)的數(shù)值O.D.340=A340× (50mm)/1 × (3.25gm)/(XS)其中O.D.340＝340nm處的光密度A340＝樣品在340nm處的吸收率1＝樣品池的光程長度(以mm為單位)Xs＝樣品重量(以gm為單位)。
原料漿樣品將含有約3克固體的TA漿樣品溶解于50ml的4N NH4OH中。按上面的方法測量所得溶液在340nm處的吸收率。此外，將1ml上述溶液用去離子水稀釋至500ml，并測量新溶液在290nm處的吸收率。這測量可測出對苯二酸含量，并用來將340nm處的吸收率修正為標(biāo)準(zhǔn)條件下對苯二酸的數(shù)值。
所測得的在290nm處的吸收率可用來按下面方法決定樣品中所含對苯二酸的克數(shù)Xs＝Sc×A290其中Sc＝A290校準(zhǔn)曲線的斜率A290＝經(jīng)稀釋的樣品在290nm處的吸收率。
將340nm處的吸收率修正為標(biāo)準(zhǔn)條件數(shù)值的方法與上面相同，修正時使用上面算得的對苯二酸克數(shù)作為Xs。
對比例1在269℃(515°F)和800psia(磅/平方吋，絕對壓力)下，將含有20%重量對苯二酸(每100磅水中25磅對苯二酸)和2500ppm(按對苯二酸計算)對甲苯甲酸的水溶液作為原料，輸入到在149℃(300°F)和67psia運行的帶攪拌的結(jié)晶區(qū)中。該溶液是通過一個緊靠于結(jié)晶器進料口的流量控制閥連續(xù)地輸入該區(qū)的。將269℃(515°F)至149℃(300°F)由水的閃蒸而產(chǎn)生的蒸汽從結(jié)晶器中抽出，冷凝后排除。將所得到的對苯二酸晶體懸浮液在149℃(300°F)的溫度和67psia的壓力下離心分離。再把回收的固態(tài)結(jié)晶對苯二酸干燥。由這種操作方法得到的干燥對苯二酸產(chǎn)品含有約1200ppm(重量)的對甲苯甲酸，其光密度為1.6。
對比例2重復(fù)上述過程，但是溶解的對苯二酸中對甲苯甲酸的含量為500ppm(重量)。這操作過程回收的干燥對苯二酸產(chǎn)品含有約250ppm(重量)的對甲苯甲酸，而光密度為0.8。
實施例1-4將上述原料溶液連續(xù)地輸入到由五個帶攪拌的結(jié)晶區(qū)構(gòu)成的系統(tǒng)中的第一個帶攪拌的結(jié)晶區(qū)中。在每個攪拌結(jié)晶區(qū)中產(chǎn)生的稠液(結(jié)晶加溶液)順序地輸送到下一個攪拌結(jié)晶區(qū)中。將最后一個結(jié)晶區(qū)所產(chǎn)生的稠液連續(xù)地輸送到離心機內(nèi)。在所有操作過程中，最后的結(jié)晶區(qū)和離心機都在149℃(300°F)的溫度和67psia的壓力下運行。
下面表1中列出了實施5個串連帶攪拌的結(jié)晶區(qū)的操作時各結(jié)晶步驟和離心機的溫度(T，℃)和壓力(P，psia)。
必須強調(diào)，雖然這些數(shù)據(jù)是從包括五個結(jié)晶步驟的系統(tǒng)得到的，從使用3，4或6個多區(qū)連續(xù)閃蒸結(jié)晶過程的各種系統(tǒng)也會得到相似的結(jié)果。
表1.連續(xù)溶劑閃蒸，TA結(jié)晶過程原料水溶液26.5%重量對苯二酸(TA)和750ppm對甲苯甲酸實施例1 實施例2反應(yīng)器溫度(℃) 282 282原料漿光密度 0.850 1.183加水量，克/ 133.8 131.4(1000克TA) (第一結(jié)晶器) (第一結(jié)晶器)346.9(第四結(jié)晶器)第一結(jié)晶器溫度(℃) 238 238第二結(jié)晶器溫度(℃) 216 216第三結(jié)晶器溫度(℃) 188 188第四結(jié)晶器溫度(℃) 166 166第五結(jié)晶器溫度(℃) 149 149加水溫度(℃) 149(第一結(jié)晶器) 149(第一結(jié)晶器)149(第四結(jié)晶器)產(chǎn)品光密度 0.080 0.089光密度降低% 90.5 92.6加水總量，克/(1000 133.8 478.3克TA)
表1(續(xù))實施例3 實施例4反應(yīng)器溫度(℃) 282 282原料漿光密度 1.270 1.042加水量，克/(1000 151(第三結(jié)晶器) 251.6(第四結(jié)晶器)克TA)187(第四結(jié)晶器) 254(第五結(jié)晶器)第一結(jié)晶器溫度(℃) 238 238第二結(jié)晶器溫度(℃) 216 216第三結(jié)晶器溫度(℃) 188 188第四結(jié)晶器溫度(℃) 166 166第五結(jié)晶器溫度(℃) 149 149加水溫度(℃) 160(第三結(jié)晶器) 151(第四結(jié)晶器)160(第四結(jié)晶器) 151(第五結(jié)晶器)產(chǎn)品光密度 0.10 0.08光密度降低% 91.1 92.3加水總量，克/(1000 337.9 506.0克TA)
權(quán)利要求
1.一種把對苯二酸產(chǎn)品的光密度降低90%以上的方法，該產(chǎn)品是由在204℃-288℃溫度范圍內(nèi)含有500-6000ppm對甲苯甲酸的為對苯二酸基本飽和的水溶液制得的；本方法的特征在于包括以下步驟將上述溶液連續(xù)地輸入到利用水的閃蒸的由二個或二個以上的區(qū)組成的一組帶攪拌的結(jié)晶區(qū)中的第一個區(qū)，至少直接將水加入到上述的一個區(qū)內(nèi)，加入的數(shù)量是在每1000克對苯二酸約100-600克水的范圍，所述各結(jié)晶區(qū)在依次遞降的溫度下運行，其中至少最后的結(jié)晶區(qū)是在191℃至149℃或更低的溫度范圍內(nèi)運行，使原來溶解的對苯二酸以逐級減小的比例結(jié)晶出來，而且將所述每一結(jié)晶區(qū)中閃蒸而產(chǎn)生的水除去，同時將對苯二酸產(chǎn)品的回收溫度保持與最后結(jié)晶區(qū)相同。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于結(jié)晶區(qū)的數(shù)目在約2-8的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于最后結(jié)晶區(qū)的溫度在約171℃至149℃的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于結(jié)晶區(qū)的數(shù)目在約3至6的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于攪拌結(jié)晶區(qū)組中至少具有4個結(jié)晶區(qū)，而加水是在攪拌結(jié)晶區(qū)組中的第3區(qū)和第4區(qū)進行的。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于結(jié)晶區(qū)的數(shù)目為6。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于結(jié)晶區(qū)的數(shù)目為5，而加水是在攪拌結(jié)晶區(qū)組中的第4區(qū)和第5區(qū)進行的。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于攪拌結(jié)晶區(qū)組中至少有4個結(jié)晶區(qū)，而加水是在第4區(qū)和第5區(qū)進行的。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于最后結(jié)晶區(qū)的溫度在約171℃至149℃的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于加水是在攪拌結(jié)晶區(qū)組中的第4區(qū)、第5區(qū)、和第6區(qū)進行的。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于最后結(jié)晶區(qū)的溫度在約171℃至149℃的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于最后結(jié)晶區(qū)的溫度在約171℃至149℃的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于最后結(jié)晶區(qū)的溫度在約171℃至149℃的范圍內(nèi)。
14.任何在本申請中實質(zhì)上說明了和/或用實例說明了的方法。
全文摘要
在一種基丁氫化和急驟結(jié)晶的沉淀方法中，通過向選定的結(jié)晶器中直接加水，使對苯二酸的光密度降低了90％以上。
文檔編號C07C51/43GK1065860SQ9210201
公開日1992年11月4日 申請日期1992年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月25日
發(fā)明者M·A·蔡特林, D·威爾格-諾威基 申請人:阿莫科公司