專利名稱：生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸的方法，更具體地說，涉及一種母液置換，其中含有通過液相氧化反應(yīng)生產(chǎn)的粗對(duì)苯二甲酸晶體的醋酸漿液的母液用水置換。
背景技術(shù)：
對(duì)苯二甲酸通過對(duì)亞苯基化合物例如對(duì)烷基苯(通常為對(duì)二甲苯)在醋酸溶劑中在催化劑例如鈷和錳存在下或在這樣的催化劑和促進(jìn)劑例如溴化合物和乙醛存在下進(jìn)行液相氧化反應(yīng)來生產(chǎn)。但是，反應(yīng)產(chǎn)物含有各種雜質(zhì)，例如4-羧基苯甲醛(4CBA)和對(duì)甲基苯甲酸，它們可引起變色。所以，為了得到高純度的對(duì)苯二甲酸，更好的純化技術(shù)是需要的。
已知各種用于純化通過液相氧化反應(yīng)生產(chǎn)的粗對(duì)苯二甲酸的方法，例如這樣一種方法，在這一方法中，將粗對(duì)苯二甲酸在高溫和高壓下溶于含水溶劑，將生成的溶液進(jìn)行催化加氫處理、氧化處理或重結(jié)晶處理，以及這樣一種方法，在這一方法中，將其中部分溶有對(duì)苯二甲酸晶體的對(duì)苯二甲酸晶體漿液進(jìn)行高溫浸泡處理。具體地說，最近幾年，粗對(duì)苯二甲酸的水溶液在周期表第VIII族貴金屬催化劑存在下在高溫和高壓下進(jìn)行催化加氫的方法作為一種大規(guī)模工業(yè)方法用于生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸。
催化加氫法的主要問題是，需要大量的步驟。也就是說，作為主步驟除了復(fù)雜的和煩瑣的回收催化劑和溶劑的步驟外，催化加氫法還需要一系列設(shè)備，其中包括單段或多段氧化反應(yīng)器、幾個(gè)用于粗純化的順序結(jié)晶器、一個(gè)用于粗純化的分離器、一個(gè)用于粗純化的干燥器、一個(gè)再溶解器、一個(gè)催化加氫反應(yīng)器、幾個(gè)用于精純化的順序結(jié)晶器、一個(gè)用于精純化的分離器和一個(gè)用于精純化的干燥器。
增加步驟數(shù)目的主要原因是使用醋酸作為通過氧化生產(chǎn)粗對(duì)苯二甲酸的反應(yīng)溶劑，以及水作為催化加氫純化的溶劑。為了將母液從醋酸中置換到水中，氧化生成的粗對(duì)苯二甲酸必需一次完全從醋酸溶劑中分離，然后再溶于水中。如果粗對(duì)苯二甲酸與醋酸的分離不完全以及附著有醋酸的粗對(duì)苯二甲酸送入催化加氫過程，那么由于在催化加氫過程中醋酸幾乎不進(jìn)行化學(xué)變化，醋酸與用于催化加氫的水溶劑混合并排出生產(chǎn)體系。這就意味著有價(jià)值醋酸的損失，而且排出的醋酸必需做到對(duì)環(huán)境無害，從而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
為了消除經(jīng)濟(jì)損失，需要基本上完全防止附著的醋酸伴隨粗對(duì)苯二甲酸送入催化加氫過程。所以，在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備中，將粗純化的分離器和粗純化的干燥器組合，以便從氧化步驟含晶體的漿液中分離母液。固體壓輥型離心分離器或真空旋轉(zhuǎn)過濾器通常最常用于從含晶體的漿液中分離母液。兩種分離器還廣泛用于從含粗對(duì)苯二甲酸晶體的漿液中分離母液。
在使用壓輥型離心分離器的分離中，將醋酸漿液送入高速旋轉(zhuǎn)的料藍(lán)中，使晶體和母液離心分離。母液從料藍(lán)上的溢流板溢流，而沉積的晶體用螺桿連續(xù)刮出。但是，由于需要高速旋轉(zhuǎn)的離心分離器固有的結(jié)構(gòu)限制，這一方法的缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的檢修和維護(hù)。此外，因?yàn)榇謱?duì)苯二甲酸晶體以含有母液的濕濾餅形式分離，必需在離心分離步驟的下游提供另外的干燥步驟，以便分離附著在粗對(duì)苯二甲酸晶體上的醋酸。
在用真空旋轉(zhuǎn)過濾器的分離中，位于貯槽底部的粗對(duì)苯二甲酸晶體通過抽空過濾器內(nèi)部被吸入到圓柱形過濾器中，并借助過濾器旋轉(zhuǎn)向上移動(dòng)。通常，通過將清洗用液體噴灑在通過抽吸留在過濾器的粗對(duì)苯二甲酸晶體上的洗滌段以后，將對(duì)苯二甲酸晶體作為濾餅從過濾器中分離。在這一方法中，雖然因?yàn)椴恍枰咚傩D(zhuǎn)，檢修和維護(hù)相對(duì)容易，但是難以完全除去附著到粗對(duì)苯二甲酸晶體上的母液。所以，象用離心分離器分離一樣，這一方法也需要下游干燥步驟。
為了解決上述問題，已提出能更有效從晶體中除去母液的方法，例如使用裝有可拆卸過濾帶的分離器的方法(例如JP 5-65246 A)以及使用加壓型旋轉(zhuǎn)過濾分離器的方法(例如JP 6-502653 A)。在這些方法中，因?yàn)榉蛛x的晶體用水洗滌，以便用水置換附著的母液(醋酸)，所以不需要干燥器。雖然不需要干燥器，但這些方法需要更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分離器，這就使這些方法對(duì)于簡(jiǎn)化工藝來說不那么有利。
為了簡(jiǎn)化工藝，在接近氧化溫度(通常為150-230℃)的溫度下從醋酸溶劑中分離晶體以及將分離晶體在水中的漿液送入催化加氫步驟(通常在250-300℃下進(jìn)行)是優(yōu)選的。除了不必要干燥器以及節(jié)省冷卻和再加熱晶體和液體所需的能量外，這一方法有利于順序結(jié)晶器用于粗純化。此外，因?yàn)榫w和母液在高溫下分離，從母液沉積在晶體中的雜質(zhì)數(shù)量下降，從而使粗對(duì)苯二甲酸晶體的質(zhì)量提高。這就得到另一個(gè)易純化的優(yōu)點(diǎn)。
作為一個(gè)可用于這樣方法的方法，已提出這樣一種方法，在這一方法中將粗對(duì)苯二甲酸從水中重結(jié)晶，將生成的漿液送入高溫(165℃或更高)立式塔的上部，從而使對(duì)苯二甲酸晶體借重力相對(duì)緩慢上升的高溫水流沉降，以便洗滌出附著的母液(例如JP 33-5410 B)。在這一方法中，母液的分離在高溫(壓力下)下在對(duì)苯二甲酸晶體從水中重結(jié)晶以后進(jìn)行。但是，這一方法基本上是一種用新鮮溶劑置換對(duì)苯二甲酸漿液的母液的母液置換法。
這一母液置換法的優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)榫w靠重力沉降，因此不需要特別的能源，由于所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這一方法是有吸引力的。但是，這一方法的缺點(diǎn)在于，母液與晶體中分離的程度(下文稱“母液置換程度”)低，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以放大到實(shí)際生產(chǎn)規(guī)模。通過提高高溫水的上升流速，可提高母液置換程度。但是，這就需要大量的水。此外，提高上升流速使晶體的沉降速度下降，從而使大量小尺寸晶體從立式塔頂部排出。
為了消除上述缺點(diǎn)，提出一種使用立式塔的母液置換法，所述的立式塔被許多帶有許多孔的隔板水平分開，以便將對(duì)苯二甲酸晶體的重力沉降過程與顆粒輸送過程相結(jié)合(例如JP 57-53431 A)。隔板通過防止設(shè)備內(nèi)流體的溝流或返混來提高母液置換程度。但是，在利用漿液重力沉降的母液置換中，隔板引起晶體在上面沉積，并造成在開孔處堵塞和堆積，從而需要更多的勞動(dòng)力來穩(wěn)定設(shè)備操作。
此外，還提出一種被許多板水平分開的置換塔。借助在板上以相對(duì)緩慢的速度旋轉(zhuǎn)的刮板葉片將對(duì)苯二甲酸晶體刮下并通過小孔下落(例如JP 1-160942 A)。使用提出的置換塔用水置換粗對(duì)苯二甲酸晶體的醋酸溶劑的工作實(shí)施例中，得到高的母液置換程度，即99.9％或更高的醋酸溶劑用水置換。但是，在有固定板和慢速旋轉(zhuǎn)刮板葉片(從實(shí)施例中假設(shè)葉片頂端的圓周速度約0.01米/秒)的設(shè)備中，晶體附著到板和刮板葉片上并在上面生長(zhǎng)，使長(zhǎng)期操作的可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，如果液相氧化得到的含有粗對(duì)苯二甲酸晶體的漿液的醋酸溶劑可在接近氧化溫度的溫度下通過將漿液送入沒有復(fù)雜物理機(jī)構(gòu)的塔設(shè)備中用水從晶體中除去和置換，那么可得到許多重大優(yōu)點(diǎn)，例如步驟的數(shù)目減少、節(jié)能和產(chǎn)品質(zhì)量提高等。但是，提出的傳統(tǒng)母液置換法在母液置換程度、操作的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期操作的可靠性方面仍不令人滿意。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是要提供這樣一種用于生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸的方法，所述的方法能達(dá)到高的母液置換程度。希望達(dá)到的母液置換程度隨生產(chǎn)裝置不同的經(jīng)濟(jì)環(huán)境變化，它不能嚴(yán)格確定，但希望優(yōu)選達(dá)到98％或更高，更優(yōu)選達(dá)到99.5％以上。本發(fā)明的第二個(gè)目的是要提供這樣一種生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸的方法，所述的方法能在長(zhǎng)期操作中穩(wěn)定的保持高的母液置換程度。
由于過去數(shù)十年對(duì)解決對(duì)苯二甲酸生產(chǎn)中母液的分離和置換技術(shù)中的技術(shù)問題的廣泛研究，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)通過在裝有沿其豎直方向有許多攪拌葉片的中心軸的塔中形成高濃度對(duì)苯二甲酸晶體段以及通過將水從塔底部送入以便使對(duì)苯二甲酸晶體在高濃度段中以逆流方式與水接觸，同時(shí)通過攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)在高濃度段形成環(huán)流，可使長(zhǎng)期操作穩(wěn)定達(dá)到高達(dá)98％或更高的母液置換程度。本發(fā)明在這一發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。
因此，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸的方法，所述的方法包括用于連續(xù)將由對(duì)烷基苯在醋酸溶劑中液相氧化得到的粗對(duì)苯二甲酸晶體在醋酸溶劑中的漿液轉(zhuǎn)變成作為置換介質(zhì)的水的漿液的母液置換，以及包括隨后的水漿液的催化加氫，其中母液置換包括將醋酸溶劑漿液從塔頂部送入塔中，所述的塔裝有沿豎直方向有許多攪拌葉片的中心軸；讓粗對(duì)苯二甲酸晶體沉降以在塔中形成對(duì)苯二甲酸晶體的高濃度段；將置換用水從塔底部送入，以便在塔中形成向上的水流，同時(shí)通過攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)在高濃度段形成環(huán)流，從而使對(duì)苯二甲酸晶體以逆流方式與向上的水流接觸；以及對(duì)苯二甲酸晶體與置換用水一起從塔底部排出，而同時(shí)從送入醋酸溶劑漿液的進(jìn)料口上方的塔中取出醋酸溶劑。
在本發(fā)明生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸的方法中，液相氧化生產(chǎn)的粗對(duì)苯二甲酸晶體漿液的醋酸母液在裝有許多能形成環(huán)流的攪拌葉片的母液置換塔中連續(xù)用水置換。所述的方法不需要固-液分離器和干燥器，所以使步驟數(shù)目減少，從而大大減少設(shè)備費(fèi)用。因?yàn)樵诒景l(fā)明中使用的母液置換塔易于在高溫高壓條件下操作，所以可節(jié)省冷卻和再加熱晶體和液體的能耗。此外，因?yàn)榇謱?duì)苯二甲酸晶體中的雜質(zhì)含量減少，所以純化步驟易于操作。此外，使用置換塔的方法確保長(zhǎng)期操作中穩(wěn)定的高母液置換程度，并且易于操作。所以，通過本發(fā)明的方法，可以工業(yè)上極有利的方式生產(chǎn)高純度的對(duì)苯二甲酸。
附圖簡(jiǎn)介

圖1為說明用于實(shí)施例1-24的母液置換設(shè)備的圖示說明。
圖2為說明實(shí)施例25中使用的母液置換設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)的圖示說明。
圖3-9為說明實(shí)施例中使用的攪拌葉片的圖示說明。在每一個(gè)圖中，上圖為仰視圖，而下圖為側(cè)視圖。
實(shí)施本發(fā)明的最好方式進(jìn)行母液置換的分散在醋酸溶劑中的粗對(duì)苯二甲酸晶體漿液(下文有時(shí)稱為“醋酸溶劑漿液”)通過對(duì)亞苯基化合物例如對(duì)烷基苯(通常為對(duì)二甲苯)在醋酸溶劑中氧化制得。氧化通常在重金屬例如鈷和錳鹽催化劑存在下或在這樣的催化劑與促進(jìn)劑例如溴化合物和乙醛組合存在下進(jìn)行。含水3-20％的醋酸用作溶劑。分子氧通常為空氣或氧氣用作氧化用氣體。氧化通常在一段或多段中在140-230℃和0.5-3兆帕下進(jìn)行。
液相氧化得到的漿液產(chǎn)物(即醋酸溶劑漿液)除含有對(duì)苯二甲酸晶體外還含有4CBA、對(duì)甲基苯甲酸、催化劑和各種其它雜質(zhì)。在傳統(tǒng)的方法中，將醋酸溶劑漿液送入順序結(jié)晶器，進(jìn)行一段或多段粗純化，在那里漿液被冷卻，同時(shí)順序降低壓力，使溶于母液中的對(duì)苯二甲酸結(jié)晶。然后，壓力下降到接近常壓以后，將漿液送入分離器。在這一結(jié)晶步驟中，溶于母液中的雜質(zhì)與對(duì)苯二甲酸一起結(jié)晶，使對(duì)苯二甲酸晶體中的雜質(zhì)濃度隨溫度下降而增加。
而且，在本發(fā)明的方法中，將醋酸溶劑漿液直接送入母液置換塔或通過用于除去伴隨氣體的脫氣容器送入母液置換塔，而不通過降低結(jié)晶器中溫度的步驟。送入母液置換塔的漿液溫度越高，晶體在置換塔中的沉降速度越高，得到單位塔截面積大的生產(chǎn)能力以及對(duì)苯二甲酸晶體中的雜質(zhì)濃度下降。送入置換塔的醋酸溶劑漿液的溫度優(yōu)選接近氧化溫度(通常為150-230℃)，也就是氧化溫度與進(jìn)料溫度之間的差值優(yōu)選在±50℃以內(nèi)。在一些情況下，可加熱以后將醋酸溶劑漿液送入置換塔。但是，因?yàn)橹脫Q塔需要在較高的壓力下操作，以防止溶劑汽化，所以過度加熱是不利的。
從上部送入母液置換塔的粗對(duì)苯二甲酸晶體靠重力在塔中沉降，并作為在作為分散介質(zhì)的水中的漿液(下文有時(shí)稱為“含水漿液”)從塔底部排出。通過控制從塔底部排出的晶體數(shù)量，在塔中形成高濃度晶體段。從塔底部排出的粗對(duì)苯二甲酸晶體的含水漿液用各種已知的方法純化，而沒有另外的處理步驟，例如將含水漿液在高溫高壓條件下制成溶液的步驟以及在周期表第VIII族貴金屬催化劑的存在下催化加氫的步驟，以及最后采用的分離高純度對(duì)苯二甲酸分離步驟。
將用于置換醋酸溶劑的水從母液置換塔的底部送入。置換用水可送至兩個(gè)部分，也就是高濃度段內(nèi)部和排出高濃度段的部分附近。置換用水的溫度優(yōu)選與從塔頂部送入的醋酸溶劑漿液的溫度相同或低100℃或更低。送入的置換用水的數(shù)量控制到大于作為粗對(duì)苯二甲酸晶體的含水漿液排出的水量，以便在置換塔中形成向上的水流，使沉降的晶體與置換用水逆流接觸。醋酸溶劑的置換程度隨向上水流的速度(上流線速)增加而增加。但是，當(dāng)高濃度段中向上表觀線速超過約3.3米/小時(shí)時(shí)，在某些情況下，置換程度下降。向上水流與在塔上部送入的醋酸溶劑混合，并從安裝在醋酸溶劑漿液進(jìn)料口上方的溢流口溢流。所以，醋酸溶劑中水的濃度隨水流向上線速增加而增加，使從醋酸溶劑中除去水的能耗增加。對(duì)于形成向上水流的向上線速，大于零的下限是足夠的，而上限為約3.3米/小時(shí)。
隨后，說明對(duì)實(shí)施本發(fā)明置換塔的結(jié)構(gòu)和操作條件是重要的?？傊景l(fā)明的母液置換通過以下步驟來進(jìn)行在裝有沿豎直方向有許多攪拌葉片的中心軸的塔中形成高濃度對(duì)苯二甲酸晶體段，以及使對(duì)苯二甲酸晶體逐漸地重力沉降，同時(shí)在高濃度段中通過許多攪拌葉片旋轉(zhuǎn)形成層狀水平環(huán)流使對(duì)苯二甲酸晶體與從塔底部送入的置換用水逆流接觸。
置換塔的形狀優(yōu)選為圓柱形。如果塔的水平截面為多角的，那么攪拌形成的環(huán)流變得不規(guī)則，難以達(dá)到高的置換程度?？紤]到在高壓下操作以便保持溫度，圓柱形也是優(yōu)選的。正如圖2所示，塔可在相對(duì)攪拌葉片的部分徑向縮小。對(duì)塔頂部和底部的形狀沒有特別的限制，通常制成扁平形或半橢圓盤形。
圓柱形置換塔裝有中心軸，沿中心軸豎直方向裝有許多攪拌葉片。攪拌葉片安裝在能攪拌在置換塔中形成的粗對(duì)苯二甲酸晶體的高濃度段的位置。
優(yōu)選形成這樣的高濃度段，以致其高度(從置換塔底部至高濃度段上表面)1.03-1.5倍于置換塔底部到最上部攪拌葉片的高度。
應(yīng)這樣進(jìn)行攪拌，以致在高濃度段形成環(huán)流，從而阻斷高濃度段中的溝流和阻止高濃度段中的軸向混合，此外還防止由于晶體附著產(chǎn)生的堵塞。所以，攪拌葉片優(yōu)選制成能在圓周方向形成流動(dòng)(環(huán)流)而不是軸流(上下方向流動(dòng))的形狀。這樣形狀的例子(但不限于此)在圖3-6中示出。如圖7所示的傾斜漿葉葉片是不希望的，因?yàn)樗囟ㄐ纬奢S流。攪拌葉片的直徑為一個(gè)重要的形狀因素，應(yīng)足夠大到在整個(gè)塔的截面形成環(huán)流。攪拌葉片的直徑優(yōu)選為置換塔內(nèi)徑D的0.5-0.99倍、更優(yōu)選0.65-0.99倍。在圖2所示的相對(duì)攪拌葉片有徑向狹窄部的塔情況下，攪拌葉片的直徑優(yōu)選在上述與狹窄部分的內(nèi)徑D’的比范圍內(nèi)。
為了得到所需的母液置換程度，攪拌葉片的數(shù)目隨單位塔截面積晶體的流量以及水向上的線速變化，通常為了得到98％或更高的母液置換程度，數(shù)目為3或更大，而為了得到99.5％或更高的母液置換程度，數(shù)目為6或更大。
當(dāng)攪拌葉片之間的間隔太小時(shí)，相鄰上下攪拌葉片形成的流相互干擾和混合，使母液置換程度下降。但是即使當(dāng)間隔增加到超過所需要的時(shí)，也不能提高每一攪拌葉片對(duì)母液置換能力，反而使整個(gè)塔長(zhǎng)度相當(dāng)大地增加。攪拌葉片優(yōu)選的間隔隨置換塔的內(nèi)徑變化，當(dāng)D小于1米時(shí)，0.3倍或更大但小于3倍置換塔的內(nèi)徑D，當(dāng)D超過1米時(shí)，0.1倍或更大但小于1倍置換塔的內(nèi)徑D。
攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)速度為另一對(duì)母液置換程度有影響的重要因素。如果攪拌速度低，那么環(huán)流對(duì)阻止溝流的影響下降，使母液置換程度下降以及晶體對(duì)攪拌葉片可能的沉積增加。如果攪拌速度太高，那么高濃度段中軸向混合變得占優(yōu)勢(shì)，使母液置換程度下降。攪拌速度優(yōu)選在以下范圍內(nèi)0.10＜v2/D＜15，以及更優(yōu)選在以下范圍內(nèi)0.20＜v2/D＜6，式中D為塔的直徑(米)，而v為攪拌葉片頂端的圓周速度(米/秒)。
如圖2所示，相對(duì)攪拌葉片有狹窄部分的塔的情況下，狹窄部分的內(nèi)徑D’用來代替D。
在高濃度段中的漿液濃度(在高濃度段中的固體體積濃度)隨攪拌效果、晶體的進(jìn)料和排放數(shù)量以及置換用水的進(jìn)料數(shù)量變化。在本發(fā)明的生產(chǎn)方法中，母液置換程度隨在高濃度段中漿液濃度的下降而下降。這一點(diǎn)歸因于液相的對(duì)流混合，因?yàn)樵诟邼舛榷沃幸合嗟谋壤黾?，如果高濃度段的漿液濃度低的話。如果漿液濃度過高，晶體的堵塞以及排放漿液的出口堵塞易于出現(xiàn)，使穩(wěn)定操作困難。就平均固體體積濃度來說，漿液濃度優(yōu)選為15-50％和更高、更優(yōu)選18-45％。高濃度段的漿液濃度可通過調(diào)節(jié)晶體的進(jìn)料數(shù)量和排放數(shù)量與置換用水的進(jìn)料數(shù)量之間的比來控制。
參考以下實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)指出，不打算用這些實(shí)施例來限制本發(fā)明的范圍。
在以下實(shí)施例中，母液置換程度由以下方程式計(jì)算置換程度(％)＝[1-(排放漿液中的醋酸流速)/(進(jìn)料漿液中的醋酸流速)]×100實(shí)施例1使用圖1所示的設(shè)備，對(duì)液相氧化制得的粗對(duì)苯二甲酸晶體的醋酸溶劑漿液(粗漿液)進(jìn)行母液的水置換。參考圖1，用進(jìn)料泵2將貯存在罐1的粗漿液通過進(jìn)料管3送入母液置換塔4的上部。母液置換塔4用內(nèi)徑36毫米的鈦圓筒制成，安裝有與馬達(dá)5相連的攪拌軸6。攪拌軸在粗漿液的進(jìn)料口下方6裝有15個(gè)攪拌葉片7，間隔50毫米。使用圖3所示的攪拌葉片。攪拌葉片的直徑為32毫米，為塔內(nèi)徑D的約0.9倍。母液的出口管9安裝在母液置換塔4的頂部。在母液置換塔的底部安裝置換用水的進(jìn)料管10和置換漿液的排出管11。用泵12將置換用水送入母液置換塔4。在流路3、10和11中，裝有流量計(jì)和流量控制閥(未示出)。在流路9中，裝有控制塔內(nèi)壓力的控制閥(未示出)。
在圖1中，首先驅(qū)動(dòng)進(jìn)料水泵12將90℃水裝滿塔。當(dāng)水開始從出口管9溢流時(shí)，控制水的進(jìn)料數(shù)量，以便將塔中水流的向上線速調(diào)節(jié)到0.5米/小時(shí)。然后，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5使軸6和攪拌葉片7以120轉(zhuǎn)/分速率旋轉(zhuǎn)。攪拌葉片頂端的圓周速度為0.20米/秒(v2/D＝1.1米/秒2)。
隨后，啟動(dòng)進(jìn)料泵2，將160℃粗漿液從進(jìn)料噴嘴8通過進(jìn)料管3以8.3公斤/小時(shí)流速進(jìn)料。這里使用的粗漿液為在190℃下在含水的醋酸溶劑中在含鈷、錳和溴化合物的氧化催化劑存在下同時(shí)將空氣鼓入溶劑通過對(duì)二甲苯氧化以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的對(duì)苯二甲酸的醋酸溶劑漿液。對(duì)苯二甲酸在粗漿液中的濃度為30重量％，除了結(jié)晶組分外，母液的化學(xué)組成為86重量％醋酸和14重量％水。
用粉末含量檢測(cè)器確定高濃度段的高度達(dá)到最上面攪拌葉片上方50毫米時(shí)，將置換用水的進(jìn)料數(shù)量增加，開始通過塔底排放漿液。將塔排放的置換漿液貯存在貯罐13中?？刂茝乃着欧诺闹脫Q漿液的數(shù)量，以便將高濃度段的高度保持在希望的水平，同時(shí)控制送入的置換用水?dāng)?shù)量，以便將塔中向上的水流線速保持在希望的水平(0.5米/小時(shí))。體系穩(wěn)定后繼續(xù)操作4小時(shí)，并從排放的漿液中取樣。將樣品冷卻到室溫，然后從樣品中分離晶體。在母液中醋酸的濃度為0.11重量％。計(jì)算的醋酸置換程度為99.91重量％。操作結(jié)束以后，將留在塔中的漿液排出，以便回收晶體。從回收晶體的重量和高濃度段的高度，計(jì)算了高濃度段中的平均固體濃度。計(jì)算的固體濃度為34重量％，當(dāng)用對(duì)苯二甲酸晶體的比重(約1.5)換算時(shí)，對(duì)應(yīng)于26體積％。
實(shí)施例2
重復(fù)實(shí)施例1的步驟，不同的是將攪拌葉片的轉(zhuǎn)速變成180轉(zhuǎn)/分(攪拌葉片的圓周速度＝0.30米/秒；v2/D＝2.5)。高濃度段的固體濃度為25體積％，醋酸置換程度為99.90重量％。
實(shí)施例3重復(fù)實(shí)施例1，不同的是將攪拌葉片的轉(zhuǎn)速變成40轉(zhuǎn)/分(攪拌葉片的圓周速度＝0.067米/秒；v2/D＝0.12)。高濃度段的固體濃度為27體積％，醋酸置換程度為98.10重量％。
實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例1，不同的是將攪拌葉片的轉(zhuǎn)速變成10轉(zhuǎn)/分(50毫米間隔)。高濃度段的固體濃度為26體積％，醋酸置換程度為99.61重量％。
實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例1，不同的是將攪拌葉片的數(shù)目變成5(50毫米間隔)。高濃度段的固體濃度為26體積％，醋酸置換程度為98.80重量％。
實(shí)施例6重復(fù)實(shí)施例1，不同的是將攪拌葉片的數(shù)目變成19(25毫米間隔)。高濃度段的固體濃度為26體積％，醋酸置換程度為99.86重量％。
實(shí)施例7重復(fù)實(shí)施例1，不同的是將攪拌葉片的數(shù)目變成46(10毫米間隔)。高濃度段的固體濃度為25體積％，醋酸置換程度為98.60重量％。
實(shí)施例8重復(fù)實(shí)施例1的步驟，不同的是使用圖4所示的攪拌葉片。高濃度段的固體濃度為26體積％，醋酸置換程度為99.11重量％。
實(shí)施例9重復(fù)實(shí)施例1的步驟，不同的是使用圖5所示的攪拌葉片并將攪拌葉片的圓周速度變到0.25米/秒。高濃度段的固體濃度為26體積％，醋酸置換程度為99.94重量％。
實(shí)施例10重復(fù)實(shí)施例9的步驟，不同的是使用圖6所示的攪拌葉片。高濃度段的固體濃度為27體積％，醋酸置換程度為99.93重量％。
對(duì)比例1重復(fù)實(shí)施例1的步驟，不同的是使用圖7所示的攪拌葉片(45°傾斜漿葉片)。高濃度段的固體濃度為26體積％，醋酸置換程度為95.20重量％。
實(shí)施例11重復(fù)實(shí)施例1的步驟，不同的是使用圖8所示的攪拌葉片(葉片直徑20毫米，0.56倍塔的直徑)。高濃度段的固體濃度為26體積％，醋酸置換程度為98.22重量％。
實(shí)施例12重復(fù)實(shí)施例9的步驟，不同的是使用圖9所示的攪拌葉片(葉片直徑20毫米，0.56倍塔的直徑)。高濃度段的固體濃度為25體積％，醋酸置換程度為98.30重量％。
實(shí)施例13重復(fù)實(shí)施例9的步驟，不同的是將置換用水的進(jìn)料數(shù)量變到4.3公斤/小時(shí)。高濃度段的固體濃度為31體積％，醋酸置換程度為99.96重量％。
對(duì)比例2重復(fù)實(shí)施例9的步驟，不同的是將置換用水的進(jìn)料數(shù)量變到10.3公斤/小時(shí)。高濃度段的固體濃度為13體積％，醋酸置換程度為97.68重量％。
實(shí)施例14重復(fù)實(shí)施例9的步驟，不同的是將粗漿液的進(jìn)料數(shù)量變到12.5公斤/小時(shí)以及置換用水的進(jìn)料數(shù)量變到6.5公斤/小時(shí)。高濃度段的固體濃度為27體積％，醋酸置換程度為99.89重量％。
對(duì)比例3重復(fù)實(shí)施例14的步驟，不同的是將置換用水的進(jìn)料數(shù)量變到11.0公斤/小時(shí)。高濃度段的固體濃度為14體積％，醋酸置換程度為97.51重量％。
實(shí)施例15重復(fù)實(shí)施例9的步驟，不同的是將置換用水的進(jìn)料數(shù)量變到6.0公斤/小時(shí)以及向上線速變到1.0米/小時(shí)。高濃度段的固體濃度為24體積％，醋酸置換程度為99.93重量％。
實(shí)施例16重復(fù)實(shí)施例9的步驟，不同的是將置換用水的進(jìn)料數(shù)量變到8.0公斤/小時(shí)以及向上線速變到3.2米/小時(shí)。高濃度段的固體濃度為18體積％，醋酸置換程度為98.50重量％。
實(shí)施例17使用裝有直徑270毫米攪拌葉片的內(nèi)徑D為300毫米的置換塔，用實(shí)施例1相同的方式用水置換對(duì)苯二甲酸醋酸溶劑漿液的母液。粗漿液的進(jìn)料數(shù)量為520公斤/小時(shí)，置換用水的進(jìn)料數(shù)量為330公斤/小時(shí)，而向上線速為0.5米/小時(shí)。使用圖5所示的攪拌葉片。攪拌葉片的數(shù)目為10，其間隔為150毫米。將最上面攪拌葉片上方的高濃度段高度保持在200毫米。攪拌葉片的圓周速度為0.64米/秒(v2/D＝1.4)。高濃度段的高度為26體積％，而醋酸置換程度為99.88重量％。
實(shí)施例18重復(fù)實(shí)施例17，不同的是將攪拌葉片的圓周速度變到0.20米/秒(v2/D＝0.13)。高濃度段的高度為25體積％，而醋酸置換程度為98.90重量％。
實(shí)施例19重復(fù)實(shí)施例17，不同的是將攪拌葉片的圓周速度變到1.3米/秒(v2/D＝5.6)。高濃度段的高度為25體積％，而醋酸置換程度為99.35重量％。
實(shí)施例20重復(fù)實(shí)施例17，不同的是將攪拌葉片的圓周速度變到1.9米/秒(v2/D＝12)。高濃度段的高度為26體積％，而醋酸置換程度為98.10重量％。
實(shí)施例21實(shí)施例17的步驟連續(xù)進(jìn)行10天，不同的是將攪拌葉片的數(shù)目變到12(150毫米間隔)。由塔底排放的漿液醋酸濃度計(jì)算的醋酸置換程度穩(wěn)定在99.92-99.95重量％范圍內(nèi)。操作結(jié)束以后，檢查置換塔的內(nèi)部時(shí)，發(fā)現(xiàn)晶體附著到攪拌葉片上，難以看到塔的內(nèi)壁。
實(shí)施例22
使用圖2所示的置換塔(圖1和2中，同樣的參考數(shù)表示同樣的部件)，重復(fù)實(shí)施例17的步驟，用水置換對(duì)苯二甲酸醋酸溶劑漿液的母液。內(nèi)徑D為300毫米，狹窄部分的內(nèi)徑D’為200毫米。使用圖5所示的直徑180毫米的攪拌葉片。其數(shù)目為8個(gè)(180毫米間隔)。將高濃度段的高度保持在最上面攪拌葉片上方200毫米。攪拌葉片的圓周速度為0.57米/秒(v2/D＝1.6)。高濃度段的高度為28體積％，而醋酸置換程度為99.93重量％。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明生產(chǎn)的對(duì)苯二甲酸適用作生產(chǎn)織物、纖維、瓶等的聚酯原料。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸的方法，所述的方法包括用于將對(duì)烷基苯在醋酸溶劑中液相氧化生產(chǎn)的粗對(duì)苯二甲酸晶體在醋酸溶劑中的漿液連續(xù)轉(zhuǎn)變成在作為分散介質(zhì)的水中的漿液的母液置換，以及隨后水中漿液的催化加氫，其中所述的母液置換包括將醋酸溶劑漿液從塔上部送入塔中，所述的塔裝有沿豎直方向有許多攪拌葉片的中心軸；讓粗對(duì)苯二甲酸晶體沉降以在塔中形成對(duì)苯二甲酸晶體的高濃度段；將置換用水從塔底部送入塔中，以便在塔中形成向上的水流，同時(shí)通過攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)在高濃度段中形成環(huán)流，從而使對(duì)苯二甲酸晶體與向上的水流逆流接觸；以及將對(duì)苯二甲酸晶體與置換用水一起從塔的底部排出，同時(shí)從送入醋酸溶劑漿液的進(jìn)料口上方的塔中取出醋酸溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在塔中形成的高濃度段中的平均固體濃度為15-50體積％。
全文摘要
在本發(fā)明生產(chǎn)高純度對(duì)苯二甲酸的方法中，分散在醋酸溶劑中的通過對(duì)烷基苯在醋酸溶劑中液相氧化生產(chǎn)的粗對(duì)苯二甲酸晶體漿液通過母液置換連續(xù)轉(zhuǎn)變成水漿液，然后進(jìn)行催化加氫。將醋酸溶劑漿液從塔的上部送入裝有沿豎直方向有許多攪拌葉片的中心軸的塔中。讓粗對(duì)苯二甲酸晶體沉降，在塔中形成對(duì)苯二甲酸晶體的高濃度段。將置換用水從塔底部送入塔中，以便在塔中形成向上的水流，同時(shí)通過攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)在高濃度段中形成環(huán)流，從而使對(duì)苯二甲酸晶體與向上的水流逆流接觸。與向上的水流逆流接觸以后，將對(duì)苯二甲酸晶體與置換用水一起從塔底排出，同時(shí)從送入醋酸溶劑漿液的進(jìn)料口上方的塔中取出醋酸溶劑。通過這一方法，醋酸漿液的醋酸溶劑以高的母液置換程度被水置換。
文檔編號(hào)B01D12/00GK1819985SQ200480019539
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者藤田英明, 町田博, 并木伸夫, 和栗快生 申請(qǐng)人:三菱瓦斯化學(xué)株式會(huì)社, 東洋紡績(jī)株式會(huì)社, 水島艾諾真瑪株式會(huì)社