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Procédé pour augmenter le rendement en acide isophtalique purifié et réduire le traitement des eaux usées.
La présente invention concerne de façon générale un procédé pour produire de l'acide isophtalique purifié. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé pour augmenter le rendement en acide isophtalique purifié et réduire la consommation d'eau et le traitement des eaux usées en recyclant une fraction du courant de liqueur mère de l'acide isophtalique purifié.
Arrière-plan de l'invention.
L'acide isophtalique purifié est un précurseur pour la fabrication de diverses matières polymères, notamment de polyesters insaturés. Il s'obtient à partir d'acide isophtalique"brut"moins pur par une purification qui peut être effectuée en dissolvant l'acide isophtalique brut dans une solution d'alimentation comprenant un solvant polaire à une température élevée, en abaissant la température pour faire cristalliser l'acide isophtalique et en séparant les cristaux d'acide isophtalique purifié de la solution restante.
Un autre procédé de purification de l'acide isophtalique brut met en jeu l'hydrogène et un métal noble catalytique, comme décrit par Meyer dans le brevet US n 3 584 039 et par Stech et al. dans le brevet US n 4 405 809 pour la purification de l'acide téréphtalique brut. Le procédé de purification consiste à dissoudre l'acide isophtalique brut dans de l'eau déminéralisée chaude, à mettre la solution en contact avec de l'hydrogène comme réducteur et à faire passer la solution sur un lit catalytique fixe contenant un métal noble tel que le palladium sur un support de carbone, comme décrit par Pohlmann dans le brevet US n 3 726 915 pour la purification de l'acide téréphtalique brut.
La solution d'acide isophtalique est ensuite refroidie jusqu'à une température qui fait cristalliser l'acide isophtalique, lequel est
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séparé de la solution. Plus récemment, Schroeder et al. ont décrit dans le brevet US nO 4 933 492 un procédé perfectionné de purification de l'acide isophtalique qui utilise un système catalytique comprenant au moins deux d'entre des composants contenant du palladium, du platine, du rhodium, du ruthénium, de l'osmium et de l'iridium sur un support particulaire de carbone activé.
Dans le cas le plus favorable, le procédé de purification de l'acide isophtalique abaisse les taux des intermédiaires organiques, principalement le 3-carboxybenzaldéhyde (3-CBA), de même que des contaminants inorganiques et des composés colorés. Le degré de coloration de l'acide isophtalique purifié est généralement déterminé
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de façon directe par mesure de la densité optique (DO) des solutions de l'acide isophtalique purifié ou du paramètre b* de l'acide isophtalique purifié solide. La densité optique de l'acide isophtalique purifié est mesurée sous la forme de l'absorbance de la lumière à 340 et 400 nm dans un solvant tel que l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde d'ammonium.
La mesure du paramètre b* d'un solide sur l'échelle colorimétrique de Hunter est décrite par Hunter, The Measurement of Appearence, Chapitre 8, pages 102 à 132, John Wiley & Sons, New York, New York (1975) et par Wyszecki et al., Color Science Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae, 2ème Edition, pages 166 à 168, John Wiley & Sons, New York, New york (1982). Une description spécifique de la mesure du paramètre b* de l'acide isophtalique est donnée dans le brevet US nO 4 933 492 précité.
L'effet d'ensemble de la purification de l'acide isophtalique est de convertir les impuretés qui cristallisent normalement avec l'acide isophtalique en composés qui peuvent être séparés de l'acide isophtalique par des techniques applicables. Après la séparation des cristaux de l'acide isophtalique purifié, l'ensemble du
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courant résiduel de liqueur mère, qui comprend de l'acide isophtalique et des impuretés en solution dans de l'eau, est normalement amené à une installation de traitement des déchets en vue de son évacuation. Toutefois, il est avantageux de réduire au minimum les courants de rebut pour des raisons d'ordre économique et écologique.
Antérieurement à la présente invention, il était admis que pour satisfaire aux critères de pureté, la liqueur mère d'un procédé de purification de l'acide isophtalique devait être rejetée comme courant de rebut. Par exemple, dans la purification effectuée en hydrogénant sur des métaux nobles catalytiques les autres acides aromatiques polycarboxyliques, comme l'acide téréphtalique, la pratique du recyclage a été empêchée par les limitations de la concentration de l'impureté, à savoir l'acide p-toluique, dans l'acide téréphtalique purifié.
Il a été découvert avec surprise que la liqueur mère d'un procédé de purification de l'acide isophtalique peut être recyclée jusqu'à raison d'environ 60% au courant d'alimentation sans baisse sensible de la qualité de l'acide isophtalique produit telle qu'elle est mesurée au moyen de la densité optique et du paramètre b*. Cette découverte permet une réduction sensible de l'importance du courant de rebut. Dans un procédé conforme à l'invention auquel va la préférence, la liqueur mère peut être recyclée jusqu'à raison d'environ 20% à environ 60% sans influence sensible sur la qualité du produit. Une quantité recyclée typique serait d'environ 25%.
Ce recyclage offre des avantages écologiques, notamment une baisse de la consommation d'eau dans le courant d'alimentation et une réduction de la production d'eaux usées et de carbone organique total parvenant à l'installation de traitement des eaux usées.
Aperçu de l'invention.
L'invention a pour objet un procédé perfectionné de purification de l'acide isophtalique, qui comprend le recyclage d'une fraction de la liqueur mère à la solution
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d'alimentation d'un procédé de purification de l'acide isophtalique. Le procédé perfectionné comprend les stades suivants : (a) dissolution de l'acide isophtalique brut dans une solution d'alimentation comprenant un solvant polaire à une température d'environ lOOC à environ 300 C ; (b) cristallisation de l'acide isophtalique par refroidissement de la solution du stade (a) jusqu'à une température d'environ 350C à environ 120 C ;
(c) séparation des cristaux d'acide isophtalique de la solution et séchage des cristaux, et (d) recyclage d'une fraction de la solution subsistant après la séparation des cristaux d'acide isophtalique à la solution d'alimentation.
Dans une forme de réalisation préférée, l'invention comprend les stades suivants : (a) dissolution de l'acide isophtalique brut dans une solution d'alimentation comprenant un solvant polaire à une température d'environ 100 C à environ 300 C ; (b) passage de la solution d'alimentation chaude contenant de l'acide isophtalique, sous une pression suffisante pour maintenir la solution sensiblement en phase liquide, dans un lit catalytique particulaire en présence d'hydrogène, le lit catalytique comprenant au moins un composant contenant un métal noble du groupe VIII choisi dans la classe formée par les composants contenant du palladium, du platine, du rhodium, du ruthénium, de l'osmium et de l'iridium et leurs mélanges sur des particules de support en carbone actif ;
(c) refroidissement de la soluticn jusqu'à une température d'environ 350C à environ 1200C pour opérer la séparation entre l'acide isophtalique purifié résultant et la solution par cristallisation ; (d) collecte et séchage de l'acide isophtalique cristallisé purifié, et (e) recyclage d'une fraction de la solution
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subsistant après la collecte des cristaux d'acide isophtalique à la solution d'alimentation.
Il a été découvert avec surprise que le recyclage de la liqueur mère au courant d'alimentation d'un procédé de purification de l'acide isophtalique n'affecte pas la qualité de l'acide isophtalique purifié final ainsi produit.
Les avantages du recyclage comprennent l'amélioration du rendement en acide isophtalique et, conjointement, une baisse de la consommation d'eau, de la production d'eaux usées et de la quantité de carbone organique total parvenant à l'installation de traitement des eaux usées.
Brève description du dessin.
La Fig. 1. est un tableau de marche simplifié d'une forme de réalisation préférée du procédé de purification de l'invention.
Description détaillée de l'invention.
Le procédé de la présente invention se prête particulièrement à la purification de l'acide isophtalique brut préparé par oxydation catalytique continue en phase liquide du m-xylène dans un solvant. Des solvants se prêtant à l'oxydation catalytique en phase liquide du m-xylène sont notamment les divers acides aliphatiques monocarboxyliques en C à C6, comme l'acide acétique, l'acide propionique, l'acide n-butyrique, l'acide isobutyrique, l'acide n-valérique, l'acide triméthylacêtique et l'acide caproïque, de même que l'eau et leurs mélanges. De préférence, le solvant est un mélange d'acide acétique et d'eau qui contient plus avantageusement 1 à 20% en poids d'eau, tel qu'introduit dans le réacteur d'oxydation.
Du fait que la chaleur dégagée lors de l'oxydation en phase liquide fortement exothermique donnant naissance à l'acide isophtalique brut est dissipée au moins partiellement par vaporisation du solvant dans le réacteur d'oxydation, une partie du solvant quitte le réacteur sous la forme d'une vapeur qui est ensuite condensée et recyclée au réacteur.
De plus, une certaine quantité de solvant est évacuée du
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réacteur à l'état de liquide dans le courant de produit.
Après que l'acide isophtalique brut a été séparé du courant de produit, au moins une fraction de la liqueur mère (solvant) du courant de produit résultant est généralement recyclée au réacteur.
La source de l'oxygène moléculaire utilisé au stade d'oxydation dans le procédé de production de l'acide isophtalique brut peut avoir une teneur'en oxygène moléculaire s'échelonnant de celle de l'air à celle de l'oxygène gazeux. L'air est la source préférée d'oxygène moléculaire. Pour éviter la formation de mélanges explosifs, le gaz contenant de l'oxygène moléculaire admis dans le réacteur doit conduire à un mélange de gaz usé et de vapeur contenant 0,5 à 8% en volume d'oxygène (mesuré sur base exempte de solvant). Par exemple, un débit de gaz contenant de l'oxygène suffisant pour apporter l'oxygène en une quantité de 1,5 à 2,8 moles par radical méthyle conduit à cette teneur de 0,5 à 8% en volume d'oxygène (mesurée sur base exempte de solvant) dans le mélange de gaz et de vapeur du condenseur.
Le catalyseur utilisé au stade d'oxydation du procédé pour produire l'acide isophtalique brut comprend des composants contenant du cobalt, du manganèse et du brome et peut comprendre de surcroît des accélérateurs connus. Le rapport pondéral du cobalt (calculé en cobalt élémentaire) dans le composant contenant du cobalt du catalyseur au m-xylène dans l'oxydation en phase liquide se situe dans l'intervalle d'environ 0,2 à environ 10 milliatomes-grammes par mole de m-xylène. Le rapport pondéral du manganèse (calculé en manganèse élémentaire) dans le composant contenant du manganèse du catalyseur au cobalt (calculé en cobalt élémentaire) dans le composant contenant du cobalt du catalyseur dans l'oxydation en phase liquide se situe dans l'intervalle d'environ 0,2 à environ 10 milliatomesgrammes, par milliatome-gramme de cobalt.
Le rapport pondéral du brome (calculé en brome élémentaire) dans le
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composant contenant du brome du catalyseur à la somme du cobalt et du manganèse (calculés en cobalt élémentaire et en manganèse élémentaire) dans les composants contenant du cobalt et du manganèse du catalyseur dans l'oxydation en phase liquide se situe dans l'intervalle d'environ 0,2 à environ 1,5 milliatome-gramme par milliatome-gramme au total de cobalt et de manganèse.
Chacun des composants contenant du cobalt, du manganèse et du brome peut être apporté sous l'une quelconque de ses formes ioniques ou combinées connues donnant naissance à des formes du cobalt, du manganèse et du brome qui sont solubles dans le solvant dans le réacteur.
Par exemple, lorsque le solvant est un milieu à l'acide acétique, le carbonate, l'acétate tétrahydraté et/ou le bromure de cobalt et/ou de manganèse peuvent être utilisés. Le rapport de 0,2 : 1,0 à 1,5 : 1,0 du brome à la somme du cobalt et du manganèse, en milliatomes-grammes, est obtenu au moyen d'une source appropriée de brome. De telles sources
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de brome sont notamment le brome élémentaire (Br2), les bromures ioniques (par exemple HBr, NaBr, KBr, NH4Br, etc.) ou les bromures organiques dont il est connu qu'ils libèrent des ions bromure à la température d'exécution de l'oxydation (par exemple les bromobenzènes, le bromure de benzyle, l'acide mono-ou di-bromoacétique, le bromure de bromoacétyle, le tétrabromoéthane, le dibromure d'éthylène, etc. ).
Le brome total dans le brome moléculaire et le bromure ionique entre dans le calcul de la valeur souhaitée de 0, 2 : 1, 0 à 1,5 : 1,0 pour le rapport du brome élémentaire à la somme du cobalt et du manganèse en milliatomes-grammes. L'ion bromure dégagé par les bromures organiques dans les conditions de l'oxydation peut être déterminé aisément par des moyens analytiques classiques.
Pour la mise en pratique, la pression minimale sous laquelle le réacteur d'oxydation est maintenu est celle qui entretient une phase liquide sensible de solvant dans le réacteur. Le solvant qui ne se trouve pas en phase
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liquide à cause de la vaporisation est évacué du réacteur d'oxydation sous la forme d'un mélange de vapeur et de gaz, puis est condensé et renvoyé au réacteur d'oxydation.
Lorsque le solvant est un mélange d'acide acétique et d'eau, des pressions de réaction au manomètre dans le réacteur d'oxydation qui conviennent se situent dans l'intervalle d'environ 0 à environ 35 kg par cm2 et typiquement dans l'intervalle d'environ 10 à environ 30 kg par cm2. La température dans le réacteur d'oxydation se situe généralement dans l'intervalle d'environ 120 C, de préférence d'environ 150 C, à environ 2400C. Le temps de séjour du solvant dans le réacteur d'oxydation est généralement d'environ 20 à environ 150 minutes, de préférence d'environ 30 à environ 120 minutes.
Le produit d'oxydation résultant contient de l'acide isophtalique relativement impur ou brut qui comprend des quantités relativement importantes d'impuretés telles que le 3-carboxybenzaldéhyde, lesquelles impuretés peuvent être présentes en quantités s'élevant jusqu'à environ 10 000 parties par million de parties d'acide isophtalique, sur base pondérale. Ces impuretés ont un effet défavorable sur les réactions de polymérisation de l'acide isophtalique conduisant à des polyesters insaturés et peuvent aussi induire une altération de coloration indésirable des polyesters insaturés et autres polymères contenant de l'acide isophtalique qui sont préparés.
La purification de l'acide isophtalique brut peut être effectuée en le dissolvant dans une solution aqueuse à une température élevée d'environ 1000C à environ 300oC, en abaissant la température jusqu'à environ 350C à environ 1200C peur faire cristalliser l'acide isophtalique et en séparant les cristaux d'acide isophtalique purifié de la solution aqueuse.
Dans une forme de réalisation préférée, le procédé de purification de l'invention est exécuté à une température et sous une pression élevées dans un lit
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catalytique fixe. Des réacteurs tant à flux descendant qu'à flux ascendant peuvent être utilisés. L'acide isophtalique brut qu'il faut purifier est dissous dans un solvant polaire tel que l'eau. L'eau est le solvant préféré, mais d'autres solvants polaires appropriés sont les acides alcoylcarboxyliques de poids moléculaire relativement faible, isolément ou en mélange avec de l'eau. L'hydrogénation du 3-carboxybenzaldéhyde en acide m-toluique est l'une des principales réactions ayant lieu dans le lit catalytique.
Les températures du réacteur et donc de la solution d'acide isophtalique pendant la purification peuvent se situer dans l'intervalle d'environ 1000C (environ 212OF) à environ 3000C (environ 572 F). De préférence, les températures se situent dans l'intervalle d'environ 2000C (environ 392 F) à environ 2500C (environ 482 F). Les conditions de pression dans le réacteur dépendent principalement de la température à laquelle le procédé de purification est exécuté.
Du fait que les températures auxquelles des quantités utiles de l'acide isophtalique impur peuvent être dissoutes sont sensiblement supérieures au point d'ébullition normal du solvant polaire, les pressions de travail sont nécessairement de beaucoup supérieures à la pression atmosphérique pour maintenir la solution d'acide isophtalique en phase liquide. si le réacteur comprend un espace occupé par une phase gazeuse, la pression dans le réacteur peut être entretenue au moyen d'hydrogène gazeux seul ou en mélange avec un gaz inerte tel que la vapeur d'eau et/ou l'azote dans l'espace occupé par la phase gazeuse. L'utilisation d'un gaz inerte en mélange avec l'hydrogène peut constituer aussi un moyen avantageux pour moduler la pression partielle d'hydrogène dans le réacteur, spécialement aux pressions partielles d'hydrogène relativement faibles.
A cet effet, le gaz inerte est de préférence mélangé avec l'hydrogène avant l'admission dans le réacteur. En général, la pression au manomètre pendant l'hydrogénation peut s'échelonner d'environ 7,03 à environ
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70, 3 kg par cm2 (environ 100 à environ 1000 livres par pouce carré) et est habituellement d'environ 24,6 à environ 31, 6 kg par cm2 (environ 350 à environ 450 livres par pouce carré).
Le réacteur d'hydrogénation peut être exploité suivant différents modes. Par'exemple, un niveau de liquide déterminé au préalable peut être entretenu dans le réacteur et l'hydrogène peut être admis, pour une pression donnée quelconque dans le réacteur, à un débit suffisant pour entretenir le niveau de liquide déterminé au préalable. La différence entre la pression réelle dans le réacteur et la tension de vapeur de la solution d'acide isophtalique est la pression partielle de l'hydrogène dans l'espace occupé par la phase vapeur dans le réacteur. En variante, si l'hydrogène est admis en mélange avec un gaz inerte tel que l'azote, la différence entre la pression réelle dans le réacteur et la tension de vapeur de la solution d'acide isophtalique est la somme des pressions partielles de l'hydrogène et du gaz inerte en mélange.
Dans ce cas, la pression partielle de l'hydrogène peut être calculée à partir des quantités relatives connues d'hydrogène et de gaz inerte que contient le mélange.
Dans le mode de fonctionnement où la régulation du procédé est effectuée par ajustement de la pression partielle d'hydrogène dans le réacteur, cette dernière se situe de préférence dans l'intervalle d'environ 0,70 à environ 14,1 kg par cm2 (environ 10 à environ 200 livres par pouce carré) ou davantage suivant la pression de service prévue pour le réacteur, le degré de contamination de l'acide isophtalique impur, l'activité et l'âge du catalyseur utilisé en particulier et des paramètres opératoires analogues.
Un catalyseur approprié pour le procédé de purification dans la forme de réalisation préférée de l'invention est un catalyseur au palladium sur carbone qui peut être acquis, par exemple, à la société Engelhard
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Corporation, Newark, New Jersey, sous la désignation "Palladium on Activated Carbon Granules (Carbon Code CG-5)". De même, d'autres catalyseurs contenant un métal noble du groupe VIII, comme des catalyseurs au rhodium sur carbone, peuvent être acquis à la société Engelhard Corporation sous les désignations"Rhodium on Activated Carbon Granules (Carbon Code CG-5)"et"Rhodium on Activated Carbon Granules (Carbon Code CG-21)".
Ces deux catalyseurs au-rhodium sur carbone ont une surface spécifique BET à l'azote d'environ 1000 m2 par g et une granulométrie nO 4 x 8 des tamis USA (4,76 x 2,38 mm). D'autres catalyseurs au rhodium sur carbone et au palladium sur carbone qui conviennent qui ont un calibre et une surface spécifique analogues sont disponibles à la société Johnson Matthey Inc., Seabrook, New Hampshire, sous la désignation"11766 Rhodium, 1% on Steam Activated Carbon Granules, Anhydrous". De même, des catalyseurs au ruthénium sur carbone, au platine sur carbone et à l'iridium sur carbone sont disponibles sur le marché.
Le support préféré pour le catalyseur est le carbone actif qui dérive habituellement du charbon de noix de copra, sous la forme de granules ayant une surface spécifique d'au moins environ 600 m par g (azote ; procédé BET) de préférence d'environ 800 à environ 1500 m par g. Toutefois, d'autres supports ou substrats carbonés poreux peuvent être utilisés, à condition que les critères de surface spécifiques soient satisfaits. Outre le charbon de noix de copra, le carbone activé provenant d'autres sources animales ou végétales peut être utilisé.
La charge de chacun d'entre le palladium, le ruthénium, le rhodium, le platine, l'osmium et l'iridium sur le support se situe dans l'intervalle d'environ 0,01 à environ 2% en poids, sur la base du poids total du catalyseur, c'est-à-dire la somme du métal et du support de carbone actif, à calculer en métal élémentaire. De préférence, la charge de chaque métal catalytique est d'environ 0, 5% en poids.
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Dans une forme de réalisation préférée du procédé de purification de la présente invention, un ou plusieurs des composants comprenant un métal noble du groupe VIII sont déposés sur les mêmes particules de support en carbone actif et la distribution du ou des des composants contenant un métal noble du groupe VIII est donc sensiblement uniforme dans tout le lit catalytique. Dans cette forme de réalisation, une particule de support en carbone actif particulière contient un ou. plusieurs des composants contenant un métal noble du groupe VIII et les quantités relatives des métaux nobles du groupe VIII dans le lit catalytique sont régies par les quantités relatives des métaux nobles du groupe VIII sur chaque particule du catalyseur.
En variante et de préférence, un composant contenant un métal noble du groupe VIII est déposé sur un premier ensemble de particules de support en carbone actif et un deuxième composant contenant un métal noble du groupe VIII est déposé sur un deuxième ensemble des particules de support en carbone actif. Le premier ensemble de particules est séparé et distinct du deuxième ensemble de particules.
Dans cette forme de réalisation, une particule de support en carbone actif particulière ne porte qu'un seul composant contenant un métal noble du groupe VIII elles quantités relatives des métaux nobles du groupe VIII dans le lit catalytique sont régies soit par les quantités relatives des composants contenant un métal noble du groupe VIII utilisés dans leurs ensembles respectifs de particules de support en carbone actif, soit par les quantités relatives de particules de support en carbone actif utilisées dans leurs ensembles respectifs de particules de support en carbone actif.
Dans cette forme de réalisation, lorsque des particules de support en carbone actif du premier ensemble et du deuxième sont les unes et les autres uniformément réparties dans le lit catalytique, les composants contenant un métal noble du groupe VIII sont
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aussi répartis uniformément dans le lit catalytique.
En variante à cette forme de réalisation, le lit catalytique est formé en couches et comprend (1) au moins une couche comprenant en substance uniquement des particules du premier ensemble et (2) au moins une couche comprenant en substance uniquement des particules du deuxième ensemble, de sorte que les composants contenant un métal du groupe VIII ne sont pas répartis uniformément dans le lit catalytique ;
Dans ce dernier cas, qui est celui d'un lit en couches, la solution aqueuse d'acide isophtalique traverse d'abord une première couche comprenant en substance uniquement des particules du premier ensemble ne portant qu'un premier composant contenant un métal noble du groupe VIII, puis une deuxième couche comprenant en substance uniquement des particules du deuxième ensemble ne portant que le deuxième composant contenant un métal noble du groupe VIII.
Typiquement le rapport pondéral de la première couche à la deuxième se situe dans l'intervalle d'environ 1 : 100, de préférence d'environ 1 : 20, à environ 1 : 2, de préférence à environ 1 : 4. De même, le temps de séjour de la solution aqueuse d'acide isophtalique dans la première couche peut être d'environ 1 : 2 à environ 1 : 100 du temps de séjour total de la solution dans le lit catalytique. Ensuite, la solution aqueuse est soutirée du lit catalytique directement ou après passage de la solution aqueuse à travers une troisième couche comprenant, par exemple, en substance uniquement des particules du premier ensemble ne portant que le premier composant contenant un métal noble du groupe VIII ou des particules d'un troisième ensemble portant un troisième composant contenant un métal noble du groupe VIII.
La solution aqueuse d'acide isophtalique est refroidie pour la cristallisation de l'acide isophtalique dans un ou plusieurs cristallisoirs. Pendant la cristallisation, une fraction du solvant aqueux peut être évacuée à l'état de vapeur de la dispersion des cristaux
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d'acide iscphtalique. Après refroidissement jusqu'à une température de cristallisation finale d'environ 35 C à environ 120OC, les cristaux d'acide isophtalique sont séparés de la liqueur mère. Un dispositif de séparation solide-liquide, comme une centrifugeuse ou un filtre, peut être utilisé pour séparer la liqueur mère des cristaux.
Les cristaux peuvent être lavés avec un supplément de solvant dans l'appareil de séparation solide-liquide'ou bien ils peuvent être combinés avec un supplément de solvant et transférés à un deuxième stade de séparation solide-liquide. Les cristaux d'acide isophtalique lavés parviennent ensuite à un séchoir et sont chauffés à une température d'environ 1000C à environ 180 C pour chasser la liqueur subsistant sur les cristaux afin que ceux-ci puissent être emballés.
Avant la présente invention, le procédé de purification de l'acide isophtalique décrit ci-dessus était exécuté"en une seule passe". Le solvant pour le procédé, typiquement l'eau, est mélangé avec l'acide isophtalique brut dans la section de préparation de l'alimentation de l'installation. Cette dispersion est chauffée pour la dissolution de l'acide isophtalique brut dans le solvant et passe de préférence par un réacteur contenant un lit catalytique fixe. L'effluent du réacteur est cristallisé et les cristaux d'acide isophtalique sont collectés et séparés du solvant au moyen d'une centrifugeuse. Le gâteau d'acide isophtalique extrait de la centrifugeuse est séché et donne l'acide isophtalique purifié finalement produit.
La liqueur mère de la centrifugeuse, qui est saturée d'acide isophtalique, est amenée à une installation de traitement des eaux usées.
Comme le montre la Fig. 1, dans le procédé de purification préféré de l'invention, une fraction de la liqueur mère (LM) est recyclée (LMR) au courant d'alimentation en passant par le réservoir de solvant 10, dans lequel elle est mélangée avec le solvant avant d'être admise dans le réservoir 12 contenant la dispersion
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d'alimentation d'acide isophtalique. Le mélange passe ensuite dans un réchauffeur 14, puis par un réacteur 16. Dans le réacteur, le mélange passe sur un lit catalytique tel que décrit ci-dessus.
Ensuite, la température du mélange est abaissée pour provoquer la cristallisation dans les cristallisoirs 18, au-delà desquels le mélange parvient dans les centrifugeuses 20 où les cristaux d'acide isophtalique purifié sont séparés et d'où ils sont transférés à un séchoir 22.
Antérieurement, il était admis que la liqueur mère contenant les impuretés devait être rejetée en totalité, c'est-à-dire évacuée à une installation de traitement des eaux usées 24, pour que l'acide isophtalique purifié ait la qualité souhaitée. Par exemple, dans la purification par hydrogénation sur des catalyseurs à base de métaux nobles appliquée à d'autres acides polycarboxyliques aromatiques, comme l'acide téréphtalique, la pratique du recyclage a été empêchée par des limitations de la concentration de l'impureté, à savoir l'acide p-toluique, dans l'acide téréphtalique purifié.
Dans la purification de l'acide isophtalique, il a été découvert de façon inattendue que la liqueur mère des centrifugeuses 20 peut être recyclée pour environ 20 à environ 60% sans effet défavorable sur la qualité de l'acide isophtalique purifié ni sur la conduite du procédé de purification.
Le pourcentage de liqueur mère recyclée est critique pour la présente invention parce que la qualité de l'acide isophtalique peut être influencée défavorablement si le taux de recyclage est trop élevé. Le pourcentage de liqueur mère recyclée dépend de la qualité de l'acide isophtalique brut qui est soumis à la purification. Pour un acide isophtalique brut fabriqué comme décrit ci-dessus, le taux de recyclage conduisant à un acide isophtalique purifié acceptable est d'environ 20 à 60% du courant de liqueur mère. De façon évidente, l'homme de métier appréciera que cet intervalle peut être élargi si les opérations
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d'oxydation et de purification sont optimalisées par l'application de la présente invention.
Le procédé de recyclage conforme à l'invention offre différents avantages, notamment une réduction de la consommation d'eau pour la préparation de la dispersion initiale, une baisse des coûts de traitement des eaux usées et une augmentation de la qualité du produit.
L'invention est davantage illustrée par les exemples spécifiques suivants.
EXEMPLES 1 ET 2.
Dans les exemples 1 et 2, on fait fonctionner une installation de purification de l'acide isophtalique à une concentration de la dispersion alimentant le réacteur d'environ 29,1 à environ 38,5% en poids, les conditions de réaction étant une température entre environ 220, 5 C et 222, 2OC (environ 4290F et environ 432OF) et une pression au manomètre d'environ 30,9 kg par cm2 (environ 440 livres par pouce carré). Le réacteur est du type à flux descendant et contient un lit catalytique formé de particules catalytiques de palladium sur carbone et de rhodium sur carbone (Engelhard Corporation) formant une configuration en couches telle que décrite précédemment. Dans l'exemple 1, l'ensemble du courant de liqueur mère parvient à une installation de traitement des déchets.
Dans l'exemple 2, la liqueur mère est recyclée pour 25% au réservoir de solvant et utilisée à son tour pour préparer la dispersion qui alimente le réacteur. Le paramètre b* et les densités optiques à 340 et 400 nm sont relevés sur l'acide isophtalique purifié obtenu dans les exemples 1 et 2.
Les résultats sont dcnnés au tableau I ci-après.
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TABLEAU 1
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<tb>
<tb> Exemple <SEP> 1
<tb> Brut <SEP> Purifié
<tb> Paramètre <SEP> b* <SEP> 4,44-5, <SEP> 22 <SEP> 1,45-1, <SEP> 78
<tb> Densité <SEP> optique <SEP> à <SEP> 340 <SEP> nm <SEP> 2,01-2, <SEP> 02 <SEP> 1,04-1, <SEP> 28
<tb> Densité <SEP> optique <SEP> à <SEP> 400 <SEP> nm <SEP> 0, <SEP> 225-0, <SEP> 250 <SEP> 0 <SEP> ;
<SEP> 065-0,080
<tb> 3-Carboxybenzaldéhyde, <SEP> ppm <SEP> 243-433 <SEP> 5-22
<tb> Exemple <SEP> 2
<tb> Brut <SEP> Purifié
<tb> Paramètre <SEP> b* <SEP> 5,02-5, <SEP> 41 <SEP> 1, <SEP> 69-1, <SEP> 90
<tb> Densité <SEP> optique <SEP> à <SEP> 340 <SEP> nm <SEP> 1,90-2, <SEP> 00 <SEP> 1,14-1, <SEP> 21
<tb> Densité <SEP> optique <SEP> à <SEP> 400 <SEP> nm <SEP> 0,280-0, <SEP> 325 <SEP> 0,070-0, <SEP> 085
<tb> 3-Carboxybenzaldéhyde, <SEP> ppm <SEP> 455-637 <SEP> 21-24
<tb>
Le tableau I montre que l'amélioration relative entre l'acide isophtalique brut et l'acide isophtalique purifié, révélée par sa qualité optique que mesure le paramètre b* et la densité optique, n'est pas influencée défavorablement lorsqu'une fraction de courant de liqueur mère est recyclée.
La qualité optique de l'acide isophtalique purifié dans l'exemple 2 se situe dans le même intervalle de valeurs que dans l'exemple 1, où la qualité du produit final est acceptable. De surcroît, le recyclage de la liqueur mère n'influence pas la concentration des impuretés dans l'acide isophtalique purifié telle qu'elle est mesurée par la concentration en 3-carboxybenzaldéhyde.
Les mesures de la qualité optique et de la concentration en 3-carboxybenzaldéhyde sont considérées comme étant des indicateurs de l'aptitude de l'acide isophtalique à la conversion en polyesters insaturés et de la qualité finale des polyesters insaturés et autres polymères faits de l'acide isophtalique purifié.
<Desc/Clms Page number 18>
Au cours d'une autre expérience, le recyclage d'environ 40% du courant de liqueur mère se révèle à nouveau sans effet nuisible sur l'acide isophtalique purifié finalement obtenu. Il ressort de la description ci-dessus que bien que certaines formes de réalisation aient été exposées, des variantes et modifications restent évidentes pour l'homme de métier. Ces variantes sont considérées comme équivalentes et entrent dans le cadre de-la présente invention.