CH642343A5 - METHOD FOR PRODUCING TEREPHTHALIC ACID. - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING TEREPHTHALIC ACID. Download PDF

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CH642343A5
CH642343A5 CH869779A CH869779A CH642343A5 CH 642343 A5 CH642343 A5 CH 642343A5 CH 869779 A CH869779 A CH 869779A CH 869779 A CH869779 A CH 869779A CH 642343 A5 CH642343 A5 CH 642343A5
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acid
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CH869779A
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Jacques Daniel Victor Hanotier
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Labofina Sa
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
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    • C07C51/255Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oxida-tionsverfahren zur Herstellung von Terephthalsäure durch Oxidation von p-Toluylsäure oder Mischungen derselben mit p-Xylol und/oder mit teilweise oxidierten Derivaten derselben, wie p-Tolualdehyd. The present invention relates to an oxidation process for the production of terephthalic acid by oxidation of p-toluic acid or mixtures thereof with p-xylene and / or with partially oxidized derivatives thereof, such as p-tolualdehyde.

Terephthalsäure ist von grosser Bedeutung, da sie in immer stärkerem Mass zur Herstellung hochmolekularer Harze, wie faser- und filmbildender Polyester, verwendet wird. Terephthalic acid is of great importance because it is being used to an increasing extent for the production of high-molecular resins, such as fiber- and film-forming polyester.

Der Stand der Technik kennt viele Verfahren zur Oxidation alkylsubstituierter aromatischer Verbindungen in flüs-siber Phase zu aromatischen Carbonsäuren. Eine der ersten Veröffentlichungen auf diesem Gebiet ist die US-PS 2 245 528, die ein Ein-Stufen-Verfahren zur Oxidation aromatischer Alkylverbindungen durch molekularen Sauerstoff in Anwendenheit eines Metallkatalysators, eines Lösungsmittels, wie Essigsäure, und wahlweise eines Oxidationsini-tiators beschreibt. Selbst unter scharfen Bedingungen ist die The prior art knows many processes for the oxidation of alkyl-substituted aromatic compounds in the liquid phase to aromatic carboxylic acids. One of the first publications in this field is US Pat. No. 2,245,528, which describes a one-step process for the oxidation of aromatic alkyl compounds by molecular oxygen using a metal catalyst, a solvent such as acetic acid, and optionally an oxidation initiator. Even under harsh conditions that is

Ausbeute an Dicarbonsäuren jedoch gering. Nach Oxidation einer Mischung von Xylolen an der Luft in einer Kobalt-und Manganacetate als Katalysatoren enthaltenden Essig-55 säure bei 185 bis 200 °C unter einem Druck von 50 at und in Anwesenheit von Diäthylketon als Initiator beträgt die Ausbeute an Phthalsäuren nur 2%, und die wesentlichen Reaktionsprodukte waren Toluylsäure zusammen mit anderen Oxidationszwischenprodukten. Yield of dicarboxylic acids, however, low. After oxidation of a mixture of xylenes in air in acetic acid 55 containing cobalt and manganese acetates as catalysts at 185 to 200 ° C. under a pressure of 50 at and in the presence of diethyl ketone as initiator, the yield of phthalic acids is only 2%, and the main reaction products were toluic acid along with other oxidation intermediates.

60 Zahlreiche weitere Patentschriften beschreiben Verfahren zur Oxidation von p-Xylol in einer Stufe mit verbesserten Ausbeuten an Terephthalsäure; sie beziehen sich im wesentlichen auf die Verwendung spezifischer Aktivatoren, wie bromhaltige Verbindungen (US-PS 2 833 816), Ketone (US-65 PS 2 853 514) oder Aldehyde (US-PS 3 036 122). Obgleich einige dieser Verfahren grosstechnisch angewendet werden, haben sie dennoch ernstliche Nachteile. So treten z. B. schwere Korrosionsprobleme bei der Verwendung bromhal 60 Numerous other patents describe processes for the oxidation of p-xylene in one step with improved yields of terephthalic acid; they essentially relate to the use of specific activators, such as bromine-containing compounds (US Pat. No. 2,833,816), ketones (US Pat. No. 2,583,514) or aldehydes (US Pat. No. 3,036,122). Although some of these methods are used on an industrial scale, they have serious disadvantages. So z. B. severe corrosion problems when using bromhal

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tiger Aktivatoren auf. Werden Ketone oder Aldehyde verwendet, so geht ein Teil derselben unweigerlich verloren, und der restliche Anteil wird hauptsächlich in Essigsäure umgewandelt, die zurückgewonnen und gereinigt sowie wirtschaftlich ausgenutzt werden muss, damit das Verfahren ko-stenmässig tragbar ist. Trotz dieser Nachteile wird dennoch die Verwendung eines Aktivators als wesentliche Forderung für eine wirksame Produktion von Phthalsäuren aus Xylolen angesehen. activators. If ketones or aldehydes are used, some of them are inevitably lost, and the remainder is mainly converted into acetic acid, which has to be recovered, purified and economically exploited so that the process is affordable. Despite these disadvantages, the use of an activator is nevertheless considered to be an essential requirement for an effective production of phthalic acids from xylenes.

In den meisten Fällen wird auch die Verwendung eines Lösungsmittels als notwendig behauptet. Zu diesem Zweck werden häufig niedrig molekulare Fettsäuren, insbesondere Essigsäure, verwendet. Die zugefügte Lösungsmittelmenge muss ausreichen, um Reaktionsteilnehmer und Reaktionsprodukte ohne Schwierigkeit in Lösung oder mindestens in Suspension zu halten. So wird die Reaktionsmischung leicht gerührt, die Sauerstoffdispergierung wird verbessert, die Bildung von Nebenprodukten auf einem Minimum gehalten, und die Reaktionswärme wird leicht durch Lösungsmittelabdampfen entfernt. Unter den allgemein verwendeten Reaktionsbedingungen geht jedoch eine wesentliche Lösungsmittelmenge durch Kooxidation verloren. Weiter muss das Lösungsmittel von den anderen Komponenten der Reaktionsmischung abgetrennt und dann gereinigt und zurückgeführt werden. Der Verbrauch eines Teils des Lösungsmittels sowie die Arbeitsgänge zur Zurückgewinnung des restlichen Anteils führen selbstverständlich zu zusätzlichen Verfahrenskosten. In most cases, the use of a solvent is also claimed to be necessary. Low molecular weight fatty acids, especially acetic acid, are often used for this purpose. The amount of solvent added must be sufficient to keep the reactants and reaction products in solution or at least in suspension without difficulty. Thus, the reaction mixture is gently stirred, oxygen dispersion is improved, the formation of by-products is kept to a minimum, and the heat of reaction is easily removed by solvent evaporation. However, under the commonly used reaction conditions, a substantial amount of solvent is lost through cooxidation. Furthermore, the solvent must be separated from the other components of the reaction mixture and then cleaned and recycled. The consumption of part of the solvent and the work steps to recover the remaining part naturally lead to additional process costs.

Um die oben genannten, wesentlichen Probleme zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, die Oxidation von p-Xylol in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchzuführen. In diesem Fall muss man selbstverständlich bei einer Temperatur mindestens im Bereich des Schmelzpunktes der p-Toluylsäure, d.h. etwa 180 °C, arbeiten, um eine flüssige Reaktionsmischung zu erhalten. Die Wahl der Temperatur ist daher begrenzt. In Abwesenheit eines Lösungsmittels ist weiterhin die Handhabung der Reaktionsmischung sowie die Abtrennung und Reinigung der Terephthalsäure schwierig. Gewöhnlich wird die Reaktion bis zu einem Punkt durchgeführt, wo der Terephthalsäuregehalt in der Mischung nicht über 60%, vorzugsweise nicht über 45 Gew.-%, liegt. Jenseits dieses Punktes «wird es schwierig, die Oxidationsreak-tionsmischung als Aufschlämmung zu handhaben, weshalb die Durchführung der Reaktion nachteilig beeinflusst wird» (vgl. die US-PS 3 883 584). In order to avoid the above-mentioned essential problems, it has been proposed to carry out the oxidation of p-xylene in the absence of a solvent. In this case, of course, at a temperature at least in the range of the melting point of p-toluic acid, i.e. about 180 ° C, work to obtain a liquid reaction mixture. The choice of temperature is therefore limited. In the absence of a solvent, the handling of the reaction mixture and the separation and purification of the terephthalic acid are still difficult. The reaction is usually carried out to a point where the terephthalic acid content in the mixture is not more than 60%, preferably not more than 45% by weight. Beyond this point, "it becomes difficult to handle the oxidation reaction mixture as a slurry, which is why the reaction is adversely affected" (see US Pat. No. 3,883,584).

In Abwesenheit eines Lösungsmittels bringt die Entfernung der Reaktionswärme bei der grosstechnischen Produktion eine weitere Schwierigkeit, da im Reaktor eine sehr starke Verschmutzung stattfindet, selbst wenn Terephthalsäure nicht in grossen Mengen anwesend ist. So wird in der US-PS 2 696 499, die sich auf die Oxidation von Xylol in To-luylsäure in Anwesenheit eines Lösungsmittels bezieht, ausgeführt, dass «das wesentliche, bei der Kühlung der Xylol-oxidationsmischung inhärente Konstruktionsproblem die Vermeidung einer Abscheidung von Feststoffen ist». In the absence of a solvent, the removal of the heat of reaction in industrial production poses another difficulty, since the reactor is very heavily contaminated even if terephthalic acid is not present in large quantities. For example, in US Pat. No. 2,696,499, which relates to the oxidation of xylene in toluic acid in the presence of a solvent, it is stated that “the essential design problem inherent in cooling the xylene oxidation mixture is the avoidance of separation of solids is ».

Die US-PS 3 406 196 beschreibt ein Zwei-Stufen-Verfah-ren, in welchem Wasser aus Suspendierungsmittel für Terephthalsäure verwendet wird. In der ersten Stufe wird eine aromatische Alkylverbindung, insbesondere p-Xylol, mittels Luft in Abwesenheit eines zusätzlichen Lösungsmittels zu teilweise oxidierten Verbindungen oxidiert, die in der zweiten Stufe bei höherer Temperatur in Abwesenheit wesentlicher Wassermengen als Suspendierungsmedium weiter oxidiert werden. Brom oder eine bromhaltige Verbindung muss zur Beschleunigung der Oxidation anwesend sein. Dennoch sind sehr hohe Temperaturen im Bereich von 200 bis 275 °C, insbesondere von 225 bis 250 °C, notwendig, um die Umwandlung dieser teilweise oxidierten Produkte in Terephthalsäure zu erreichen. Daher treten dieselben oder noch schlimmere Korrosionsprobleme auf als bei Verfahren, in welchen Essigsäure als Lösungsmittel verwendet wird. Wie in der genannten Patentschrift weiter ausgeführt «ergeben sich häufig erhebliche Verluste an nichtumgesetzter aromatischer Poly-alkylverbindung durch Zersetzung und andere Nebenreaktionen, wenn diese Verbindungen den höheren Temperaturen ausgesetzt werden, die für eine wirksame Umwandlung der in der ersten Stufe der Oxidation hergestellten, teilweise oxidierten Produkten in aromatische Polycarbonsäure notwendig sind». Diese Patentschrift lehrt somit klar, dass die Verwendung grosser Wassermengen, selbst in Anwesenheit eines Brombeschleunigers, keine befriedigenden Ergebnisse zur Oxidation von p-Xylol in Terephthalsäure in einer Stufe liefert. US Pat. No. 3,406,196 describes a two-step process in which water from suspending agent for terephthalic acid is used. In the first stage, an aromatic alkyl compound, in particular p-xylene, is oxidized to partially oxidized compounds by means of air in the absence of an additional solvent, which are further oxidized in the second stage at a higher temperature in the absence of substantial amounts of water as the suspension medium. Bromine or a compound containing bromine must be present to accelerate the oxidation. Nevertheless, very high temperatures in the range from 200 to 275 ° C., in particular from 225 to 250 ° C., are necessary in order to achieve the conversion of these partially oxidized products into terephthalic acid. Therefore, the same or worse corrosion problems occur than in processes in which acetic acid is used as a solvent. As further stated in the cited patent, there are often significant losses of unreacted aromatic poly-alkyl compound through decomposition and other side reactions when these compounds are exposed to the higher temperatures that are required for effective conversion of the partially oxidized, produced in the first stage of the oxidation Products in aromatic polycarboxylic acid are necessary ». This patent thus clearly teaches that the use of large amounts of water, even in the presence of a bromine accelerator, does not provide satisfactory results for the oxidation of p-xylene in terephthalic acid in one step.

Tatsächlich ist es seit langem bekannt, dass Wasser «ein Katalysatorgift bei der Oxidationsreaktion» ist (vgl. US-PS In fact, it has long been known that water is “a catalyst poison in the oxidation reaction” (cf. US Pat

2 696 499). Nach der allgemein verbreiteten Meinung hat Wasser eine nachteilige Wirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeit durch Störung der Initiierung. Als allgemeine Regel wird seine Anwesenheit möglichst vermieden, ob nun ein Lö-sungsmitttel und/oder Aktivator anwesend ist oder nicht. So beschreibt die US-PS 3 064 044 ein verbessertes Verfahren, eine endgültige (brombeschleunigte) Oxidation unter praktisch wasserfreien Bedingungen zu halten. In der US-PS 2,696,499). According to popular belief, water has an adverse effect on the rate of reaction by disrupting initiation. As a general rule, its presence is avoided as much as possible, whether a solvent and / or activator is present or not. For example, US Pat. No. 3,064,044 describes an improved process for keeping a final (bromine-accelerated) oxidation under practically anhydrous conditions. In the US PS

3 519 684, die sich auf ein Oxidationsverfahren unter Verwendung von Peressigsäure als Beschleuniger bezieht, wird angegeben, dass «vorzugsweise fast wasserfreie Bedingungen verwendet werden, obgleich ein Wassergehalt bis zu etwa 10% toleriert werden kann und ein maximaler Wassergehalt nicht über 5% bevorzugt wird». In einem kontinuierlichen Verfahren zur Oxidation von Xylolen in Abwesenheit irgendeines Beschleunigers, in welchem teilweise oxidierte Zwischenprodukte kontinuierlich zurückgeführt werden, wird Wasser vom flüssigen Ausfluss vor dessen Rückführung entfernt, um «den Wassergehalt in der Reaktionsmischung unter 15%, vorzugsweise unter 5% der gesamten Reaktionsmischung» zu halten (US-PS 3 700 731). 3,519,684, which relates to an oxidation process using peracetic acid as an accelerator, states that "almost anhydrous conditions are preferably used, although a water content up to about 10% can be tolerated and a maximum water content of not more than 5% is preferred ». In a continuous process for the oxidation of xylenes in the absence of any accelerator in which partially oxidized intermediates are continuously recycled, water is removed from the liquid effluent before it is recycled in order to keep the water content in the reaction mixture below 15%, preferably below 5% of the total reaction mixture »To hold (US Pat. No. 3,700,731).

Neuerdings wurde überraschenderweise gefunden, dass die Oxidation von p-Xylol in Terephthalsäure in Anwesenheit wesentlicher Wassermengen als Lösungsmittel, jedoch in Abwesenheit von irgendwelchem bromierten Aktivator, der früher als wesentliche Forderung angesehen wurde, durchgeführt werden kann. Dieses Verfahren wird in der deutschen Patentanmeldung P 2 745 918-3 beschrieben und umfasst die Oxidation von p-Xylol in flüssiger Phase durch ein sauerstoffhaltiges Gas in Anwesenheit von p-Toluylsäure, Wasser und eines Schwermetallsalzes als Katalysator bei einer Temperatur von etwa 140 bis 220 °C unter ausreichendem Druck, um mindestens einen Teil des Wassers in flüssiger Phase zu halten. Da die gegenseitige Löslichkeit von p-Xylol und Wasser jedoch bei der Arbeitstemperatur niedrig ist, können sich Mischungen aus Wasser, p-Xylol und p-Toluylsäure in zwei Phasen trennen: eine wässrige und eine organische Phase, die kohlenwasserstoffreich ist und auch einen wesentlichen Anteil der in der Reaktionsmischung anwesenden p-Toluylsäure enthalten kann. In diesem Fall erfolgt die Oxidationsreaktion im wesentlichen in der organischen Phase, wo die Wasserkonzentration relativ gering ist. Daher geht der gewünschte Lösungsmitteleffekt des Wassers teilweise verloren. Weiter ergibt diese Phasentrennung technische Schwierigkeiten bezüglich Homogenisierung, Sauerstoffdispergierung und Massenübertragung. Surprisingly, it has recently been found that the oxidation of p-xylene in terephthalic acid can be carried out in the presence of substantial amounts of water as a solvent, but in the absence of any brominated activator which was previously considered an essential requirement. This process is described in German patent application P 2 745 918-3 and comprises the oxidation of p-xylene in the liquid phase by an oxygen-containing gas in the presence of p-toluic acid, water and a heavy metal salt as a catalyst at a temperature of about 140 to 220 ° C under sufficient pressure to keep at least part of the water in the liquid phase. However, since the mutual solubility of p-xylene and water is low at the working temperature, mixtures of water, p-xylene and p-toluic acid can separate into two phases: an aqueous phase and an organic phase that is rich in hydrocarbons and also a significant proportion which may contain p-toluic acid present in the reaction mixture. In this case, the oxidation reaction takes place essentially in the organic phase, where the water concentration is relatively low. The desired solvent effect of the water is therefore partially lost. Furthermore, this phase separation gives rise to technical difficulties with regard to homogenization, oxygen dispersion and mass transfer.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Terephthalsäure, durch welches Terephthalsäure in hoher Ausbeute und guter Reinheit erhalten und die oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Weiterhin erfordert das er- The aim of the present invention is now to provide a process for the preparation of terephthalic acid, by which terephthalic acid is obtained in high yield and good purity and the above-mentioned disadvantages of the prior art are avoided. Furthermore, this requires

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findungsgemässe Verfahren keine hochkorrosionsbeständige Anlage und kann in üblichen Vorrichtungen aus rostfreiem Stahl durchgeführt werden; ausserdem kann das erfindungs-gemässe Verfahren in Anwesenheit wesentlicher Wassermengen ohne notwendige Anwesenheit irgendeines zusätzlichen Lösungsmittels durchgeführt werden. Process according to the invention is not a highly corrosion-resistant system and can be carried out in conventional stainless steel devices; in addition, the process according to the invention can be carried out in the presence of substantial amounts of water without the presence of any additional solvent.

Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung von Terephthalsäure kann eine Reaktionsmischung oxidiert werden, die im wesentlichen eine homogene wässrige Lösung ist, die hauptsächlich aus den zu oxidierenden Terephtalsäure-vorläufern, Wasser und einem darin gelösten Oxidations-katalysator besteht. Das Verfahren erfordert keine Verwendung eines Beschleunigers, z.B. eine Bromverbindung, neben dem Oxidationskatalysator, die Terephthalsäure kann leicht von der oxidierten Reaktionsmischung bei relativ mässigen Temperaturen gewonnen und Katalysator und Oxidations-zwischenprodukte können zurückgewonnen und erneut zur Oxidation verwendet werden. In the process according to the invention for the production of terephthalic acid, a reaction mixture can be oxidized, which is essentially a homogeneous aqueous solution which mainly consists of the terephthalic acid precursors to be oxidized, water and an oxidation catalyst dissolved therein. The method does not require the use of an accelerator, e.g. a bromine compound, in addition to the oxidation catalyst, the terephthalic acid can easily be recovered from the oxidized reaction mixture at relatively moderate temperatures, and the catalyst and oxidation intermediates can be recovered and reused for oxidation.

Das erfmdungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Terephthalsäure kann grosstechnisch bei relativ niedrigen Kosten absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden, und die zur wirksamen Oxidation der Ausgangsmaterialien notwendigen Mengen an Katalysator, Wasser und p-Toluylsäure können leicht berechnet werden. The process of the invention for the production of terephthalic acid can be carried out batchwise or continuously on an industrial scale at a relatively low cost, and the amounts of catalyst, water and p-toluic acid required for the effective oxidation of the starting materials can easily be calculated.

Die obigen Ziele erreicht man mit dem erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung von Terephthalsäure, das dadurch gekennzeichnet, dass man a) eine praktisch homogene, flüssige Reaktionsmischung aus: The above objectives are achieved with the process according to the invention for the production of terephthalic acid, which is characterized in that a) a practically homogeneous, liquid reaction mixture is composed of:

- mindestens einem oxidierbaren Terephthalsäurevor-läufer aus der Gruppe von p-Toluylsäure oder Mischungen derselben mit einer oxidierbaren Verbindung aus der Gruppe von p-Xylol, teilweise oxidierten p-Xylolderivaten und Mischungen derselben; - At least one oxidizable terephthalic acid precursor from the group of p-toluic acid or mixtures thereof with an oxidizable compound from the group of p-xylene, partially oxidized p-xylene derivatives and mixtures thereof;

- einer zur Erzielung einer bearbeitbaren Aufschläm-mung ausreichenden Wassermenge von mindestens 5 Gew.-%; a sufficient amount of water to achieve a workable slurry of at least 5% by weight;

- einer Menge eines Oxidationskatalysators aus mindestens einer katalytisch aktiven Metallverbindung aus der Gruppe von Manganverbindungen, Kobaltverbindungen und Mischungen derselben, die zur Schaffung einer Mindestmenge an M Millimol katalytisch aktiver Metallverbindung pro kg flüssiger Reaktionsmischung ausreichen, wobei M durch die folgende Gleichung (1) definiert wird: - An amount of an oxidation catalyst from at least one catalytically active metal compound from the group of manganese compounds, cobalt compounds and mixtures thereof, which are sufficient to create a minimum amount of M millimoles of catalytically active metal compound per kg of liquid reaction mixture, where M is defined by the following equation (1) :

in welcher y für das molare Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure in der Reaktionsmischung steht; in which y represents the molar ratio of water to p-toluic acid in the reaction mixture;

x das molare Verhältnis von Mangan zur Gesamtmenge aus Mangan und Kobalt im Katalysatorpräparat bedeutet; A einen Wert von zumindest annähernd 0,200 hat, B einen Wert von zumindest annähernd 10,9 hat, C einen Wert von zumindest annähernd 4,35 hat und D einen Wert von zumindest annähernd 0,0724 hat, mit einem, molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas bei einer Reaktionstemperatur von 140 bis 220 °C und einem ausreichenden Druck, um mindestens einen Teil des Wassers bei Reaktionstemperatur in flüssiger Phase zu halten, oxidiert und b) die oxidierte, Terephthalsäure enthaltende Mischung gewinnt. x represents the molar ratio of manganese to the total amount of manganese and cobalt in the catalyst preparation; A has a value of at least approximately 0.200, B has a value of at least approximately 10.9, C has a value of at least approximately 4.35 and D has a value of at least approximately 0.0724, with a gas containing molecular oxygen a reaction temperature of 140 to 220 ° C and a sufficient pressure to keep at least part of the water at the reaction temperature in the liquid phase, and b) the oxidized mixture containing terephthalic acid is obtained.

Indem man die Katalysatorkonzentration mindestens auf dem oben definierten Mindèstwert hält, wird eine wirksame Oxidation jeder oben genannten Mischung von Ausgangsmaterialien in Terephthalsäure in einer homogenen Reaktionsmischung in flüssiger Phase erreicht. By keeping the catalyst concentration at least at the minimum value defined above, an effective oxidation of each mixture of starting materials mentioned above in terephthalic acid is achieved in a homogeneous reaction mixture in the liquid phase.

Die beiliegende Zeichnung ist ein Phasendiagramm für Mischungen aus p-Xylol, p-Toluylsäure und Wasser bei 185 °C. The attached drawing is a phase diagram for mixtures of p-xylene, p-toluic acid and water at 185 ° C.

Es ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die bisher im Stand der Technik allgemein angenommene, schädliche Wirkung von Wasser überwunden werden kann, wenn die Oxidation unter den obigen, spezifischen Bedingungen durchgeführt wird. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ihre Anwendbarkeit auf die Oxidation verschiedener Substrate, die aus p-Toluylsäure allein oder in Mischung mit p-Xylol und/oder teilweise oxidierten Derivaten, wie p-Tolualdehyd, bestehen können. Ausserdem können diese Substrate erfindungsgemäss in einer homogenen, wassrigen Lösung oxidiert werden, wenn die Katalysatormenge in Korrelation zum Verhältnis zwischen den im System anwesenden Mengen an Wasser und p-Toluylsäure gewählt wird. It is an important feature of the present invention that the deleterious effects of water generally accepted in the prior art can be overcome if the oxidation is carried out under the above specific conditions. Another feature of the present invention is its applicability to the oxidation of various substrates, which may consist of p-toluic acid alone or in a mixture with p-xylene and / or partially oxidized derivatives such as p-tolualdehyde. In addition, according to the invention, these substrates can be oxidized in a homogeneous, aqueous solution if the amount of catalyst is selected in correlation to the ratio between the amounts of water and p-toluic acid present in the system.

Das erfmdungsgemässe Verfahren kann absatzweise oder kontinuierlich erfolgen. Die Reaktionsteilnehmer werden in Wasser gelöst, und der Katalysator wird zur erhaltenen Lösung zugegeben. Dann wird in diese Mischung Sauerstoff eingeführt, und die Oxidation erfolgt bei einer Temperatur zwischen 140 und 220 °C unter Druck. Der Druck wird so eingestellt, dass die Reaktionsmischung bei der Arbeitstemperatur praktisch in flüssiger Phase gehalten wird. Die Terephthalsäure scheidet sich von der Reaktionsmischung als weisser kristalliner Niederschlag ab. Im kontinuierlichen Verfahren wird dieser Niederschlag kontinuierlich durch übliche Feststoff/Flüssigkeits-Trennungsverfahren, z.B. Filtration, Zentrifugieren oder Absetzen und Dekantieren, entfernt, und die verbleibende, die nicht umgewandelten Reaktionsteilnehmer und Oxidationszwischenprodukte enthaltende Flüssigkeit wird in die Oxidationszone zurückgeführt. Frische Reaktionsteilnehmer werden kontinuierlich zugegeben, um die so abgezogene Terephthalsäure und die Bildung von Nebenprodukten auszugleichen. Somit ist keine Zugabe äusserlicher Chemikalien notwendig. Dennoch kann bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens der Reaktionsmischung ein oder mehrere organische Lösungsmittel, die die Reaktion nicht stören und unter den Arbeitsbedingungen relativ inert sind, zugefügt werden. Die als Lösungsmittel in Mischung mit Wasser verwendbaren Verbindungen sind z. B. Benzoesäure und Essigsäure. Diese Verbindungen, die in geringen Mengen während der Reaktion gebildet werden, können sich daher in gewissem Mass in der Reaktionsmischung ansammeln. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht man jedoch auch unabhängig von der Anwesenheit dieser Verbindungen, die, im Falle ihrer Verwendung, nicht in einer Menge über der Wassermenge im System anwesend sein sollten. The process according to the invention can be carried out batchwise or continuously. The reactants are dissolved in water and the catalyst is added to the solution obtained. Then oxygen is introduced into this mixture and the oxidation takes place at a temperature between 140 and 220 ° C. under pressure. The pressure is adjusted so that the reaction mixture is kept practically in the liquid phase at the working temperature. The terephthalic acid separates from the reaction mixture as a white crystalline precipitate. In the continuous process, this precipitate is continuously removed by conventional solid / liquid separation processes, e.g. Filtration, centrifugation or settling and decanting are removed and the remaining liquid containing the unconverted reactants and oxidation intermediates is returned to the oxidation zone. Fresh reactants are added continuously to compensate for the terephthalic acid so withdrawn and the formation of by-products. It is therefore not necessary to add external chemicals. Nevertheless, when carrying out the process according to the invention, one or more organic solvents which do not interfere with the reaction and are relatively inert under the working conditions can be added to the reaction mixture. The compounds which can be used as solvents in a mixture with water are, for. B. benzoic acid and acetic acid. These compounds, which are formed in small amounts during the reaction, can therefore accumulate to some extent in the reaction mixture. However, the advantages of the present invention are also achieved regardless of the presence of these compounds which, when used, should not be present in the system in an amount above the amount of water.

Die im erfindungsgemässen Verfahren zweckmässig verwendete Wassermenge kann in einem weiten Bereich, z.B. zwischen 5 und 80 Gew.-% der Reaktionsmischung, variieren, was von unterschiedlichen Faktoren abhängt. Wie bereits erwähnt, ist es ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Oxidation in einem homogenen wässrigen System erfolgt. Daher wird die Wassermenge hauptsächlich so gewählt, dass sie ausreicht, eine praktisch homogene, wässrige Lösung der Reaktionsteilnehmer zu ergeben, wobei andere Verfahrensvariablen, wie Temperatur und relative Mengen der verschiedenen, zu oxidierenden Verbindungen berücksichtigt werden. Wird z.B. das Verfahren auf die Oxidation von p-Toluylsäure allein oder in Mischung mit andern oxygenierten, in Wasser relativ löslichen Verbindungen, wie p-Toluylaldehyd, angewendet, dann wird eine solche Wassermenge gewählt, die zur vollständigen Lö4 The amount of water expediently used in the process according to the invention can be used in a wide range, e.g. vary between 5 and 80% by weight of the reaction mixture, depending on different factors. As already mentioned, it is an essential feature of the present invention that the oxidation takes place in a homogeneous aqueous system. Therefore, the amount of water is mainly chosen so that it is sufficient to give a practically homogeneous, aqueous solution of the reactants, taking into account other process variables, such as temperature and relative amounts of the various compounds to be oxidized. E.g. the method is applied to the oxidation of p-toluic acid alone or in a mixture with other oxygenated, relatively water-soluble compounds, such as p-tolylaldehyde, then such an amount of water is selected that is necessary for complete dissolving

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642 343 642 343

sung der p-Toluylsäure bei der Arbeitstemperatur ausreicht. Da sich die Löslichkeit von p-Toluylsäure mit erhöhter Temperatur stark erhöht, kann die zu verwendende Wassermenge bei erhöhter Temperatur verringert werden. Allgemein soll jedoch die Wassermenge nicht unter 5%, vorzugsweise nicht unter 10 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionsmischung, liegen. solution of p-toluic acid at the working temperature is sufficient. Since the solubility of p-toluic acid increases sharply with increased temperature, the amount of water to be used can be reduced with increased temperature. In general, however, the amount of water should not be less than 5%, preferably not less than 10% by weight, based on the reaction mixture.

Ist p-Xylol als eine Komponente der Reaktionsmischung anwesend, dann sollte die Wassermenge nicht über einem Wert liegen, über welchem eine Trennung der Mischung in zwei flüssige Phasen erfolgen kann. Diese Menge hängt selbstverständlich von der p-Xylolmenge in der Mischung ab. Fig. 1 ist ein dreieckiges Phasendiagramm für Mischungen aus p-Xylol, p-Toluylsäure und Wasser bei einer Temperatur von 185 °C (in Gew.-%). In diesem Diagramm ist das System in Zone A eine homogene Lösung und in Zone B zweiphasisch. Wie der Fachmann leicht feststellen kann, variiert die Grenzlinie zwischen den beiden Zonen nicht wesentlich mit der Temperatur. Um die Anwesenheit einer wesentlichen organischen Phase zu vermeiden, muss selbstverständlich die p-Xylolmenge begrenzt werden. Erfolgt daher die Oxidation von p-Xylol nach dem erfindungsgemässen Verfahren schubweise, dann sollte p-Xylol progressiv, und zwar schubweise oder kontinuierlich, zur Reaktionsmischung mit solcher Geschwindigkeit zugegeben werden, dass das System in Zone A gehalten wird. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Reaktion in einem kontinuierlichen Fliessverfahren, in welchem nichtumgesetztes p-Xylol zusammen mit den Oxi-dationszwischenprodukten, d.h. im wesentlichen p-Toluylsäure kontinuierlich in die Reaktionszone zurückgeführt wird. In diesem Fall liegt das molare Verhältnis von p-To-luylsäure/p-Xylol in der Reaktionsmischung bei steady-State Bedingungen zwischen etwa 3 und 15, was im wesentlichen von der Temperatur abhängt; anders ausgedrückt liegt die Reaktionsmischung im grauen Gebiet des Diagrammes von Fig. 1. Wie ersichtlich, liegt dieses Gebiet fast vollständig in Zone A, d.h. es entspricht in seinem grössten Anteil homogenen Lösungen. Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, ist es immer möglich, die Temperatur und/oder die als Lösungsmittel zu verwendende Wassermenge erfindungsgemäss in solcher Weise einzustellen, dass man ein homogenes System erhält. Erfolgt das erfmdungsgemässe Verfahren in kontinuierlicher Weise, wird das in der deutschen Patentanmeldung P 2 745 918-3 beschriebene Verfahren, das hiermit in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird, angewendet. If p-xylene is present as a component of the reaction mixture, the amount of water should not be above a value above which the mixture can be separated into two liquid phases. This amount of course depends on the amount of p-xylene in the mixture. 1 is a triangular phase diagram for mixtures of p-xylene, p-toluic acid and water at a temperature of 185 ° C. (in% by weight). In this diagram, the system is a homogeneous solution in zone A and two-phase in zone B. As one skilled in the art can easily determine, the boundary line between the two zones does not vary significantly with temperature. In order to avoid the presence of an essential organic phase, the amount of p-xylene must of course be limited. If the oxidation of p-xylene takes place batchwise according to the process according to the invention, then p-xylene should be added progressively, batchwise or continuously, to the reaction mixture at such a rate that the system is kept in zone A. According to a preferred embodiment of the present invention, the reaction takes place in a continuous flow process in which unreacted p-xylene together with the oxidation intermediates, i.e. essentially p-toluic acid is continuously returned to the reaction zone. In this case, the molar ratio of p-toluic acid / p-xylene in the reaction mixture under steady-state conditions is between about 3 and 15, which essentially depends on the temperature; in other words, the reaction mixture is in the gray area of the diagram of Fig. 1. As can be seen, this area is almost entirely in zone A, i.e. it corresponds to the largest part to homogeneous solutions. As can be seen from what has been said above, it is always possible to adjust the temperature and / or the amount of water to be used as solvent according to the invention in such a way that a homogeneous system is obtained. If the process according to the invention is carried out continuously, the process described in German patent application P 2 745 918-3, which is hereby incorporated into the present application, is used.

Es müssen jedoch noch andere Faktoren berücksichtigt werden. Da die als Produkt gewünschte Terephthalsäure in der Reaktionsmischung praktisch unlöslich ist, muss eine zur Erzielung einer bearbeitbaren Aufschlämmung ausreichende Wassermenge verwendet werden. Es ergeben sich jedoch keine Vorteile aus der Verwendung von solch hohen Wassermengen, dass z.B. mehr als 10% der Terephthalsäure bei Arbeitstemperatur gelöst sind. Ein weiterer, zu berücksichtigender Faktor ist die Reaktionsgeschwindigkeit; obgleich es erfindungsgemäss möglich ist, die Oxidation in einem Medium aus bis zu 80 Gew.-% Wasser oder sogar noch mehr durchzuführen, kann die Anwesenheit übermässiger Wassermengen die Reaktionsgeschwindigkeit beeinträchtigen. In manchen Fällen kann auch ein Teil des Katalysators durch Bildung einer schwarzen, sich aus dem Oxidationsmedium abscheidenden Verbindung von seiner katalytischen Funktion abgehalten werden. Weiter ist es aus wirtschaftlichen Gründen unzweckmässig, einen Teil der Reaktorkapazität durch Verwendung einer übermässigen und nutzlosen Wassermenge zu verlieren. Aus diesen Gründen liegt die im System anwesende Wassermenjie gewöhnlich nicht über 75 However, there are other factors to consider. Since the terephthalic acid desired as the product is practically insoluble in the reaction mixture, a sufficient amount of water must be used to obtain a workable slurry. However, there are no advantages from using such large amounts of water that e.g. more than 10% of the terephthalic acid are dissolved at working temperature. Another factor to consider is the response rate; Although it is possible according to the invention to carry out the oxidation in a medium of up to 80% by weight of water or even more, the presence of excessive amounts of water can impair the reaction rate. In some cases, part of the catalyst can also be prevented from its catalytic function by the formation of a black compound which separates from the oxidation medium. It is also impractical for economic reasons to lose part of the reactor capacity by using an excessive and useless amount of water. For these reasons, the water level present in the system is usually no more than 75

Gew.-%, vorzugsweise nicht über 60 Gew.-% der Reaktionsmischung. % By weight, preferably not more than 60% by weight, of the reaction mixture.

Die Oxidation erfolgt zweckmässig bei einer Temperatur von mindestens 140 °C. Unterhalb dieser Temperatur ist die s Erzielung einer Reaktionsmischung in Form einer homogenen Lösung schwierig. Dagegen führt ein Arbeiten oberhalb 220 °C zu erhöhter Überoxidation, unerwünschten Nebenreaktionen und Korrosionsproblemen; In den meisten Fällen liegt die Reaktionstempera tur zwischen 150 und 190 °C. io Der Druck wird als Funktion der Temperatur eingestellt. Es muss ein ausreichend überatmosphärischer Druck verwendet werden, um die Reaktionsmischung bei der Arbeitstemperatur in flüssigem Zustand zu halten. Ein Druck über diesem Wert ist gewöhnlich zweckmässig, um eine aktive 15 Oxidation sicherzustellen. Gewöhnlich liegt der Druck zwischen 500 000 und 4 000 000 Pa. The oxidation is expediently carried out at a temperature of at least 140 ° C. Below this temperature it is difficult to achieve a reaction mixture in the form of a homogeneous solution. In contrast, working above 220 ° C leads to increased overoxidation, undesirable side reactions and corrosion problems; In most cases, the reaction temperature is between 150 and 190 ° C. io The pressure is set as a function of temperature. Sufficient superatmospheric pressure must be used to keep the reaction mixture in a liquid state at the working temperature. A pressure above this value is usually appropriate to ensure active oxidation. Usually the pressure is between 500,000 and 4,000,000 Pa.

Der im erfindungsgemässen Verfahren verwendete Oxi-dations-Katalysator ist ein Präparat aus einer Schwermetallverbindung, das mindestens eine Metallverbindung aus der 2o Gruppe von Mangan- oder Kobaltverbindungen oder deren Mischungen umfasst, vorausgesetzt, sie ist mindestens teilweise in der wässrigen Reaktionsmischung löslich oder kann eine lösliche oder mindestens teilweise lösliche Verbindung mit einem der Reaktionsteilnehmer in dieser Mischung bil-25 den. Die im Katalysatorpräparat verwendbaren Metallverbindungen sind zweckmässig Salze, wobei insbesondere die Salze von Carbonsäuren bevorzugt werden, wie die Acetate, Naphthenate, Toluate usw. Neben den Kobalt- und/oder Manganverbindungen kann das Katalysatorpräparat Ver-30 bindungen, insbesondere Carbonsäuresalze, anderer Metalle umfassen, die in Oxidationskatalysatoren üblicherweise verwendet werden. The oxidation catalyst used in the process according to the invention is a preparation made from a heavy metal compound which comprises at least one metal compound from the 2o group of manganese or cobalt compounds or mixtures thereof, provided that it is at least partially soluble in the aqueous reaction mixture or can be a soluble one or at least partially soluble compound with one of the reactants in this mixture. The metal compounds which can be used in the catalyst preparation are expediently salts, with particular preference being given to the salts of carboxylic acids, such as the acetates, naphthenates, toluates etc. In addition to the cobalt and / or manganese compounds, the catalyst preparation can comprise compounds, in particular carboxylic acid salts, of other metals. which are commonly used in oxidation catalysts.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die zur Sicherstellung einer Oxida-35 tion in einem homogenen, wässrigen System notwendige Mindestkonzentration des Katalysators von den jeweiligen Mengen Wasser und p-Toluylsäure in diesem System abhängen. Tatsächlich kann in einer homogenen wässrigen Lösung aus p-Toluylsäure und teilweise p-Xylol und/oder teilweise 40 oxidierten Derivaten derselben die Oxidation nicht stattfinden, wenn die Menge an aktivem Katalysator unter der kritischen Konzentration M in Millimol der Metallverbindung pro kg Reaktionsmischung gemäss der folgenden Gleichung (1) liegt: An essential aspect of the present invention is that the minimum concentration of the catalyst required to ensure an oxidation in a homogeneous, aqueous system depends on the respective amounts of water and p-toluic acid in this system. In fact, in a homogeneous aqueous solution of p-toluic acid and partially p-xylene and / or partially oxidized derivatives thereof, the oxidation cannot take place if the amount of active catalyst is below the critical concentration M in millimoles of the metal compound per kg of reaction mixture according to the following Equation (1) is:

45 45

M = M =

y(x + A) + Bx Cx+D y (x + A) + Bx Cx + D

(1) (1)

so dabei bedeutet y = molares Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure x = relative Manganmenge im Metallkatalysator in Mol-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge aus Mangan und Kobalt in diesem, d.h. so here y = molar ratio of water to p-toluic acid x = relative amount of manganese in the metal catalyst in mole parts, based on the total amount of manganese and cobalt therein, i.e.

Mn Mn

Mn+Co Mn + Co

60 60

A B C D A B C D

etwa 0,200 etwa 10,9 etwa 4,35 etwa 0,0724 about 0.200 about 10.9 about 4.35 about 0.0724

65 Die oben angegebenen Mengen A, B, C, D sind das Ergebnis von Versuchsbestimmungen und unterliegen daher Messfehlern. Es wurde berechnet, dass diese Werte mit ihren Schwankungen (Fehlerbereichen) 65 The quantities A, B, C, D given above are the result of test determinations and are therefore subject to measurement errors. It was calculated that these values with their fluctuations (error ranges)

642343 642343

6 6

A = 0,200 ± 0,031 A = 0.200 ± 0.031

B = 10,9 ± 1,3 B = 10.9 ± 1.3

C = 4,35 ± 0,17 C = 4.35 ± 0.17

D = 0,0724 + 0,0117 D = 0.0724 + 0.0117

betragen. be.

Daher muss der mittels Gleichung (1) für einen gegebenen Wert von y und x berechnete Wert von M als Schätzwert der tatsächlichen, kritischen Konzentration angesehen werden, die statistisch innerhalb des um M zentrierten Fehlerbereiches liegt. Wie für den Fachmann ersichtlich, hängt dieser Fehlerbereich (Schwankung) von den bei der Berechnung von M verwendeten Werten von y und x ab, kann aber für jeden besonderen Fall aus den obigen Daten durch Umwandlung der Taylor'schen Formel berechnet werden. So liegt z. B. die kritische Katalysatorkonzentration innerhalb Therefore, the value of M calculated using equation (1) for a given value of y and x must be viewed as an estimate of the actual critical concentration, which is statistically within the error range centered around M. As can be seen by those skilled in the art, this range of error (variation) depends on the values of y and x used in the calculation of M, but can be calculated for each particular case from the above data by converting the Taylor formula. So z. B. the critical catalyst concentration within

21,46 ± 0,81, wenn y = 70 und x= 1,0 und 2,74 + 0,45, wenn y = 1 und x = 0,5 21.46 ± 0.81 if y = 70 and x = 1.0 and 2.74 + 0.45 if y = 1 and x = 0.5

Die oben definierte, kritische Katalysatorkonzentration ist die niedrigste Konzentration, die unter gegebenen Bedingungen verwendet werden kann. Bei niedrigeren Mengen ist das Verfahren nicht durchführbar. In der Praxis wird daher mit Vorteil eine höhere Katalysatormenge als dieses Minimum verwendet. Tatsächlich erhöht sich die Oxidationsge-schwindigkeit mit erhöhter Katalysatorkonzentration. Katalysatorkonzentrationen über 40 Millimol Metallverbindung pro kg Reaktionsmischung sind aus wirtschaftlichen Gründen jedoch nicht vorteilhaft. Zweckmässig wird der Katalysator in einer Menge verwendet, die zwischen einem Wert etwas über dem aus Gleichung (1) berechneten Minimum M und 30 Millimol pro kg Reaktionsmischung liegt. The critical catalyst concentration defined above is the lowest concentration that can be used under given conditions. The process cannot be carried out for lower quantities. In practice, therefore, it is advantageous to use a larger amount of catalyst than this minimum. In fact, the rate of oxidation increases with increased catalyst concentration. However, catalyst concentrations above 40 millimoles of metal compound per kg of reaction mixture are not advantageous for economic reasons. The catalyst is expediently used in an amount which is between a value slightly above the minimum M calculated from equation (1) and 30 millimoles per kg of reaction mixture.

Wie aus Gleichung (1) ersichtlich, erhöht sich die kritische Katalysatorkonzentration, wenn die Wasserkonzentration erhöht und die Konzentration an p-Toluylsäure verringert wird. Anders ausgedrückt, die Oxidation kann in einer solchen wässrigen Lösung nicht erfolgen, wenn die Konzentration der p-Toluylsäure nicht über einem kritischen Wert liegt, der sich mit verringerter Katalysatorkonzentration erhöht. So ist nicht nur der Katalysator, sondern auch die p-Toluylsäure wesentlich, damit die Oxidation in Anwesenheit wesentlicher Wassermengen erfolgen kann. Aufgrund der kombinierten Wirkung von Katalysator und p-Toluylsäure, die beide erfindungsgemäss in entsprechenden Mengen verwendet werden, kann man daher p-Xylol in Terephthalsäure oxidieren, ohne auf kostspielige und/oder korrodierende Aktivatoren, wie bromierte Verbindung, zurückgreifen zu müssen. Diese Wirkung der p-Toluylsäure ist ein völlig unerwarteter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, da andere Carbonsäuren, selbst Säuren ähnlicher Struktur, wie Benzoesäure, diese Eigenschaften nicht zeigen. As can be seen from equation (1), the critical catalyst concentration increases as the water concentration increases and the p-toluic acid concentration decreases. In other words, the oxidation cannot take place in such an aqueous solution if the concentration of p-toluic acid is not above a critical value which increases with a reduced catalyst concentration. So not only the catalyst, but also the p-toluic acid is essential so that the oxidation can take place in the presence of substantial amounts of water. Due to the combined action of catalyst and p-toluic acid, both of which are used in appropriate amounts according to the invention, p-xylene can therefore be oxidized in terephthalic acid without having to resort to costly and / or corrosive activators, such as brominated compound. This effect of p-toluic acid is a completely unexpected aspect of the present invention, since other carboxylic acids, even acids with a similar structure, such as benzoic acid, do not show these properties.

Aus Gleichung (1) ist weiterhin ersichtlich, dass die kritische Katalysatormindestkonzentration, die zur Gewährleistung einer Oxidation in einem homogenen wässrigen System notwendig ist, von den relativen Proportionen der Mangan- und Kobaltverbindungen innerhalb des verwendeten Katalysators abhängt. Wie ersichtlich, ist Mangan deutlich wirksamer als Kobalt. Damit z.B. eine Oxidation in einer 50gewichtsprozentigen wässrigen p-Toluylsäurelösung (molares Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure = 7,56) erfolgen kann, beträgt die notwendige Katalysatormindestkonzentration 4,5 oder 20,9 Millimol/kg, je nachdem, ob Mangan oder Kobalt als einziger Katalysator verwendet wird. Aus praktischen Gründen wird jedoch zweckmässig eine Mischung beider Metalle verwendet, da Kobalt gewöhnlich eine günstige Wirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeit ausübt. Weiter wurde festgestellt, dass bei Verwendung einer Mischung aus Mangan-und Kobaltverbindungen als Katalysator eine geringere Überoxidation stattfindet und gewöhnlich höhere Ausbeuten an Terephthalsäure erzielt werden, als wenn jedes Metall einzeln verwendet wird. Das Verbrennungsverhältnis (Mol-Verhältnis des freigesetzten Kohlendioxids pro absorbierten Sauerstoff) hat z. B. allgemein einen Wert zwischen 0,06 und 0,09 im ersteren Fall, während im zweiten Fall Werte von etwa 0,15 festgestellt wurden. Tatsächlich ist die günstige Wirkung der gemeinsamen Verwendung von Mangan und Kobalt als Katalysator ein typisches Merkmal und ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung: wenn die Reaktion in einem zweiphasi-gen System anstelle eines homogenen Lösung wie im vorliegenden Verfahren erfolgt, dann werden regelmässig Verbrennungsverhältnisse von 0,12 oder noch mehr festgestellt, ungeachtet, ob Mangan und/oder Kobalt verwendet wird. In den meisten Fällen wird ein Wert von x in Gleichung (1) zwischen etwa 0,1 und etwa 0,9 mit Vorteil angewendet, um eine aktive Oxidation in einem homogenen wässrigen Medium und hohe Ausbeuten an Terephthalsäure zu gewährleisten. From equation (1) it can also be seen that the critical minimum catalyst concentration, which is necessary to ensure oxidation in a homogeneous aqueous system, depends on the relative proportions of the manganese and cobalt compounds within the catalyst used. As can be seen, manganese is significantly more effective than cobalt. So that e.g. oxidation in a 50% by weight aqueous p-toluic acid solution (molar ratio of water to p-toluic acid = 7.56), the required minimum catalyst concentration is 4.5 or 20.9 millimoles / kg, depending on whether manganese or cobalt is the only one Catalyst is used. For practical reasons, however, a mixture of the two metals is expediently used, since cobalt usually has a favorable effect on the reaction rate. It was further found that when a mixture of manganese and cobalt compounds is used as the catalyst, less overoxidation takes place and usually higher yields of terephthalic acid are achieved than if each metal is used individually. The combustion ratio (molar ratio of the released carbon dioxide per absorbed oxygen) has, for. B. generally a value between 0.06 and 0.09 in the former case, while values of approximately 0.15 were found in the second case. In fact, the beneficial effect of the combined use of manganese and cobalt as a catalyst is a typical feature and a further advantage of the present invention: if the reaction takes place in a two-phase system instead of a homogeneous solution as in the present process, then combustion ratios regularly become 0 , 12 or more, regardless of whether manganese and / or cobalt is used. In most cases, a value of x in equation (1) between about 0.1 and about 0.9 is advantageously used in order to ensure active oxidation in a homogeneous aqueous medium and high yields of terephthalic acid.

Aus demselben praktischen Grund wie oben kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Katalysator neben Kobalt und/oder Mangan eine weitere Metallkomponente, wie Nikkei, Blei oder Cerium enthält. Obgleich diese anderen Metalle nicht wesentlich sind, damit die Oxidation in einem homogenen wässrigen Medium erfolgt, liefern sie eine gewisse praktische Verbesserung bezüglich z.B. der Produktreinheit und Reaktionsgeschwindigkeit. For the same practical reason as above, it can also be advantageous if the catalyst contains, in addition to cobalt and / or manganese, a further metal component, such as Nikkei, lead or cerium. Although these other metals are not essential for the oxidation to take place in a homogeneous aqueous medium, they provide some practical improvement with respect to e.g. product purity and response speed.

Es ist ein überraschendes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die zur Gewährleistung der Oxidation in wäss-rigem Medium zu verwendende Katalysatormindestkonzentration aus Gleichung (1) für jede Zusammensetzung der Reaktionsmischung berechnet werden kann; und diese Gleichung ist unabhängig von so wichtigen Arbeitsvariablen, wie der Temperatur. Dies zeigt sich aus den Ergebnissen von Tabelle 1, in welcher die experimentell über einen weiten Bereich von Bedingungen erhaltenen Werte von M mit den aus Gleichung (1) berechneten Werten verglichen werden. Die meisten dieser Ergebnisse wurden nach dem folgenden Versuchsverfahren erhalten. It is a surprising feature of the present invention that the minimum catalyst concentration to be used to ensure oxidation in aqueous medium can be calculated from equation (1) for each composition of the reaction mixture; and this equation is independent of such important work variables as temperature. This is evident from the results of Table 1, in which the values of M obtained experimentally over a wide range of conditions are compared with the values calculated from equation (1). Most of these results were obtained using the following experimental procedure.

In einen korrosionsbeständigen 1-Liter-Autoklaven, der mit mechanischer Rührvorrichtung, Heizmantel, Gaseinlassrohr, Entlüftung und Messpumpe zur Einfuhrung einer Flüssigkeit versehen war, wurden die verschiedenen Komponenten der Oxidationsmischung, d.h. p-Toluylsäure, Wasser und Katalysator eingeführt. Diese Mischung wurde dann unter Rühren und Hindurchleiten von Luft erhitzt. Nach Beginn der Oxidation wurde eine wässrige Lösung des Katalysators mit derselben Katalysatorkonzentration wie die anfängliche Reaktionsmischung progressiv in die Mischung eingeführt. Dadurch wurde die Reaktionsmischung progressiv mit Wasser verdünnt, ohne die Tatalysatorkonzentration zu variieren. Auch p-Xylol kann in der Anfangsmischung anwesend sein, vorausgesetzt, seine Konzentration ist so, dass nach Verdünnung der Reaktionsmischung mit der wässrigen Katalysatorlösung keine Phasentrennung erfolgt. In a corrosion-resistant 1 liter autoclave, which was equipped with a mechanical stirrer, heating jacket, gas inlet pipe, vent and measuring pump for the introduction of a liquid, the various components of the oxidation mixture, i.e. p-toluic acid, water and catalyst introduced. This mixture was then heated while stirring and passing air. After the start of the oxidation, an aqueous solution of the catalyst with the same catalyst concentration as the initial reaction mixture was gradually introduced into the mixture. This progressively diluted the reaction mixture with water without varying the catalyst concentration. P-Xylene can also be present in the initial mixture, provided its concentration is such that after the reaction mixture has been diluted with the aqueous catalyst solution, there is no phase separation.

Das Ausmass der Oxidation wird durch kontinuierliches Messen des Sauerstoffgehaltes des Abgases mittels einer Sauerstoffanalysevorrichtung festgestellt. Solange die Konzentration der p-Toluylsäure im System ausreichend hoch ist, um eine wirksame Oxidation bei der gewählten Katalysatorkonzentration sicherzustellen, verläuft die Reaktion regelmässig bei einer Geschwindigkeit, die progressiv mit der Verdünnung abnimmt. Sobald jedoch die kritische Konzentration von p-Toluylsäure erreicht ist, fällt die Reaktionsgeschwindigkeit schnell auf fast Null ab. Dann wird die Einführung unterbrochen und die Reaktionsmischung analysiert. Das so bestimmte molare Verhältnis von Wasser zu p- The extent of the oxidation is determined by continuously measuring the oxygen content of the exhaust gas using an oxygen analyzer. As long as the concentration of p-toluic acid in the system is sufficiently high to ensure effective oxidation at the chosen catalyst concentration, the reaction proceeds regularly at a rate that progressively decreases with dilution. However, once the critical concentration of p-toluic acid is reached, the reaction rate quickly drops to almost zero. Then the introduction is interrupted and the reaction mixture is analyzed. The molar ratio of water to p

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

7 7

642 343 642 343

Toluylsäure ist offensichtlich der kritische, der gegebenen Konzentration M des Katalysators entsprechende y Wert, oder umgekehrt ist M die zu verwendende Katalysatormindestkonzentration, um eine Oxidation in einer Reaktionsmischung zu gewährleisten, in welcher das Verhältnis zwischen Wasser und p-Toluylsäure als y angegeben ist. Tatsächlich hängt M noch immer von der Zusammensetzung des Katalysators ab, die als molares Verhältnis von Mangan zur Gesamtmenge aus Mangan und Kobalt im verwendeten Katalysatorpräparat (x in Gleichung 1) ausgedrückt werden kann. Toluic acid is obviously the critical y value corresponding to the given concentration M of the catalyst, or conversely M is the minimum catalyst concentration to be used to ensure oxidation in a reaction mixture in which the ratio between water and p-toluic acid is given as y. In fact, M still depends on the composition of the catalyst, which can be expressed as the molar ratio of manganese to the total amount of manganese and cobalt in the catalyst preparation used (x in equation 1).

Selbstverständlich unterliegen diese Bestimmungen Versuchsfehlern, so dass für eine gegebene Reaktionsmischung (für gegebene y und x) unterschiedliche Werte von Mi zu erwarten sind, die statistisch um den tatsächlichen Wert mit einer Standardabweichung 6 verteilt sind. Die so für unterschiedliche yi und Xj bestimmte Werte von Mi sind in der folgenden Tabelle gezeigt. Aus diesen Daten kann geschätzt werden, dass die Standardabweichung von Mi aus dem gemäss Gleichung (1) berechneten Wert M bei 0,70 liegt. Weiter kann jeder Versuchswert Mi, der sich vom berechneten Wert nicht durch mehr als zwei Standardabweichungen unterscheidet, d.h. um mehr als 1,4, als mit der Gleichung (1) übereinstimmend angesehen werden. Of course, these determinations are subject to experimental errors, so that for a given reaction mixture (for given y and x) different values of Mi are to be expected, which are statistically distributed around the actual value with a standard deviation 6. The values of Mi thus determined for different yi and Xj are shown in the following table. From this data it can be estimated that the standard deviation of Mi from the value M calculated according to equation (1) is 0.70. Furthermore, any test value Mi that does not differ from the calculated value by more than two standard deviations, i.e. by more than 1.4 than are considered to be in accordance with equation (1).

Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 wird klar, dass It is clear from the results in Table 1 that

1. Gleichung (1) für jeden Wert von y und x gilt (vergleiche z.B. die Versuche 1 und 7 für y und Versuche 7 und 19 für x); 1.Equation (1) applies to every value of y and x (compare e.g. experiments 1 and 7 for y and experiments 7 and 19 for x);

2. Gleichung (1) unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit von p-Xylol ist (vergleiche z.B. Versuche 8 und 13); 2.Equation (1) is independent of the presence or absence of p-xylene (see e.g. experiments 8 and 13);

3. Gleichung (1) unabhängig von der Temperatur ist (vergleiche z.b. Versuche 3 und 9); 3. Equation (1) is independent of the temperature (compare e.g. experiments 3 and 9);

4. Gleichung (1) unabhängig von der Anwesenheit anderer Metalle als Mangan und Kobalt ist (vergleiche z. B. Versuche 3 und 5). 4. Equation (1) is independent of the presence of metals other than manganese and cobalt (compare e.g. experiments 3 and 5).

Der Stand der Technik bezüglich der Wahl der zur Oxi-5 dation von p-Xylol und seinen teilweise oxidierten Derivaten in Terephthalsäure zu verwendenden Metallverbindung ist etwas verwirrend. Allgemein wird jedoch Kobalt als bester Katalysator, insbesondere in Abwesenheit eines bromierten Aktivators, und Mangan als weniger aktiv oder sogar inak-io tiv beschrieben. Für die Oxidation von p-Toluylsäure wurde Mangan als inaktiv nachgewiesen (N. Ohta et al. Chem. Abstr. 56, 8620 [1962]) oder sogar als Inhibitor gezeigt (V.N. Aleksandrow et al., Kinet. Katal. 15, 505 [1974]). Unter anderen Umständen zeigt Mangan eine katalytische Ak-15 tivität, es erfolgt aber eine Verfärbung der Terephthalsäure, wenn der Wassergehalt mehr als 10 Gew.-% des Lösungsmittels ausmacht oder der Mangangehalt in der Reaktionsmischung hoch ist. Es war daher völlig unerwartet, dass im erfindungsgemässen Verfahren Mangan die aussergewöhnli-2o che Aktivität hat, um eine Oxidation in Anwesenheit grosser Wassermengen erfolgen zu lassen, und dass man Terephthalsäure in hoher Ausbeute als weissen kristallinen Niederschlag erhält, der besonders zur weiteren Reinigung bis zu der für die Produktion von Polyesterfasern notwendigen Reinheit (= Faserqualität; «fiber-grade») geeignet ist. The prior art regarding the choice of the metal compound to be used for the oxi-5 dation of p-xylene and its partially oxidized derivatives in terephthalic acid is somewhat confusing. In general, however, cobalt is described as the best catalyst, especially in the absence of a brominated activator, and manganese as less active or even inactive. Manganese has been shown to be inactive for the oxidation of p-toluic acid (N. Ohta et al. Chem. Abstr. 56, 8620 [1962]) or even shown to be an inhibitor (VN Aleksandrow et al., Kinet. Katal. 15, 505 [ 1974]). In other circumstances, manganese shows catalytic activity, but the terephthalic acid is discolored if the water content is more than 10% by weight of the solvent or the manganese content in the reaction mixture is high. It was therefore completely unexpected that manganese in the process according to the invention has the exceptional activity to allow oxidation in the presence of large amounts of water and that terephthalic acid is obtained in high yield as a white crystalline precipitate, which is particularly suitable for further purification up to the purity required for the production of polyester fibers (= fiber quality; «fiber-grade») is suitable.

In der folgenden Tabelle bedeuten Mean in the table below

(1) = als Katalysator wurde eine äquimolekulare Mischung aus Mangan- und Nickelacetat verwendet. Die Berechnung von x und M erfolgte ohne Berücksichtigung des Nickels (1) = an equimolecular mixture of manganese and nickel acetate was used as catalyst. The calculation of x and M was made without considering the nickel

(2) = der Wert wurde ohne Verdünnung der Reaktionsmischung erhalten. Das kritische Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure wurde spontan durch Verbrauchen der letzteren und Bildung des ersteren aufgrund der Oxidation erreicht. (2) = the value was obtained without diluting the reaction mixture. The critical ratio of water to p-toluic acid was achieved spontaneously by consuming the latter and forming the former due to the oxidation.

30 30th

Tabelle I Table I

No. No.

Temp. Temp.

Reaktionsmischung; Gew. % p-Xylol p-Toluylsäure Reaction mixture; % By weight p-xylene p-toluic acid

Wasser y Water y

X X

M M

festgestellt berechnet determined calculated

1 1

185 185

0.3 0.3

9.7 9.7

90.0 90.0

70.22 70.22

1.00 1.00

20.1 20.1

21.5 21.5

2 2nd

' 185 '185

0.5 0.5

20.0 20.0

79.5 79.5

30.08 08/30

1.00 1.00

10.1 10.1

10.6 10.6

3 3rd

185 185

1.5 1.5

45.7 45.7

52.8 52.8

8.76 8.76

1.00 1.00

5.1 5.1

4.8 4.8

4 4th

170 170

0.4 0.4

10.6 10.6

89.0 89.0

63.54 63.54

1.00 1.00

20.0 20.0

19.7 19.7

5 5

170 170

0.6 0.6

23.5 23.5

75.9 75.9

24.38 24.38

1.00 1.00

9.0 9.0

9.1 9.1

(1) (1)

(1) (1)

6 6

170 170

1.4 1.4

43.5 43.5

55.1 55.1

9.60 9.60

1.00 1.00

5.1 5.1

5.1 5.1

7 7

170 170

0.1 0.1

61.3 61.3

38.6 38.6

4.76 4.76

1.00 1.00

3.7 3.7

3.8 3.8

8 8th

170 170

11.6 11.6

76.6 76.6

11.8 11.8

1.17 1.17

1.00 1.00

3.1 3.1

2.8 2.8

(2) (2)

9 9

160 160

1.3 1.3

42.6 42.6

56.1 56.1

9.95 9.95

1.00 1.00

' 5.1 '5.1

5.2 5.2

10 10th

170 170

1.3 1.3

44.4 44.4

54.3 54.3

9.25 9.25

0.79 0.79

5.2 5.2

5.1 5.1

11 11

170 170

0.3 0.3

23.0 23.0

76.7 76.7

25.21 25.21

0.50 0.50

10.1 10.1

10.3 10.3

12 12

170 170

0.2 0.2

10.8 10.8

89.0 89.0

62.34 62.34

0.46 0.46

21.7 21.7

22.2 22.2

13 13

170 170

0.0 0.0

41.8 41.8

58.2 58.2

10.53 10.53

0.46 0.46

5.5 5.5

5.8 5.8

14 14

160 160

0.5 0.5

43.9 43.9

55.5 55.5

9.57 9.57

0.46 0.46

5.5 5.5

5.5 5.5

15 15

170 170

0.5 0.5

24.3 24.3

75.2 75.2

23.46 23.46

0.33 0.33

10.1 10.1

10.6 10.6

16 16

170 170

0.3 0.3

27.0 27.0

72.7 72.7

20.39 20.39

0.25 0.25

10.1 10.1

10.2 10.2

17 17th

170 170

0.4 0.4

30.4 April 30

69.2 69.2

17.23 17.23

0.17 0.17

10.1 10.1

10.1 10.1

18 18th

170 170

0.5 0.5

35.3 35.3

64.2 64.2

13.77 13.77

0.09 0.09

10.1 10.1

10.7 10.7

19 19th

170 170

5.4 5.4

60.5 60.5

34.1 34.1

4.27 4.27

0.00 0.00

11.7 11.7

11.8 11.8

20 20th

170 170

0.8 0.8

74.9 74.9

24.3 24.3

2.45 2.45

0.00 0.00

6.1 6.1

6.8 6.8

21 21st

170 170

0.0 0.0

81.4 81.4

18.6 18.6

1.73 1.73

0.00 0.00

3.9 3.9

4.8 4.8

642 343 642 343

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung. The following examples illustrate the present invention.

Beispiel 1 example 1

In einen mit mechanischer Rührvorrichtung, Heizmantel, Gaseinlassrohr und Entlüftung versehenen, korrosionsbeständigen 1-Liter-Autoklav wurden eingeführt: In a corrosion-resistant 1 liter autoclave equipped with a mechanical stirrer, heating jacket, gas inlet pipe and venting were introduced:

p-Xylol p-Toluylsäure verschiedene oxygenierte p-Xylolderivate p-xylene p-toluic acid various oxygenated p-xylene derivatives

Wasser water

Manganacetat Manganese acetate

Kobaltacetat Cobalt acetate

45,0 g 187,5 g 45.0 g 187.5 g

4,5 g 63,0 g 1,50 Millimol 1,74 Millimol 4.5 g 63.0 g 1.50 millimoles 1.74 millimoles

Der Reaktor wurde mit Luft auf einen Druck von 2 000 000 Pa gebracht und die obige Mischung unter Rühren und Einlassen von Luft mit einer Fliessgeschwindigkeit von 921/Std. erhitzt. The reactor was pressurized with air to 2,000,000 Pa and the above mixture was stirred and admitted with air at a flow rate of 921 / hour. heated.

In der obigen Beschickung betrug das molare Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure (y) (63,0 x 136,14)/ (18,02 x 187,5) = 2,54, und das molare Verhältnis Mn/Mn + Co im Katalysator (x) lag bei 1,50/ In the above feed, the molar ratio of water to p-toluic acid (y) was (63.0 x 136.14) / (18.02 x 187.5) = 2.54, and the molar ratio Mn / Mn + Co in the catalyst (x) was 1.50 /

(1,50 + 1,74) = 0,46. Durch Anwendung von Gleichung (1) wurde die in diesem Fall für die Gewährleistung einer Oxidation notwendige Katalysatormindestkonzentration wie folgt berechnet: (1.50 + 1.74) = 0.46. Using equation (1), the minimum catalyst concentration required in this case to ensure oxidation was calculated as follows:

M = M =

2,54 (0,46+0,200) +10,9 (0,46) 4,35 (0,46)+0,0724 2.54 (0.46 + 0.200) +10.9 (0.46) 4.35 (0.46) +0.0724

= 3,2 Millimol/kg = 3.2 millimoles / kg

In diesem Beispiel betrug die Katalysatorkonzentration tatsächlich 10,8 Millimol/kg, d.h. etwa die dreifache Mindestmenge. Tatsächlich begann die Reaktion auch spontan nach Erhitzen und erfolgte aktiv; daher erhöhte sich die Temperatur schnell und wurde durch geregelte Kühlung auf 170 °C gehalten. In this example, the catalyst concentration was actually 10.8 millimoles / kg, i.e. about three times the minimum amount. In fact, the reaction started spontaneously after heating and was active; therefore the temperature rose rapidly and was kept at 170 ° C by controlled cooling.

Nach einer Reaktionsdauer von 180 Minuten betrug die Sauerstoffabsorption 40,91 (gemessen bei Zimmertemperatur und 1 at Druck). Die Luftzufuhr wurde unterbrochen und der Reaktor allmählich entspannt, um nicht umgesetztes p-Xylol durch Abstrippen mit Wasser zurückzugewinnen. Schliesslich wurde der Reaktor abgekühlt und geöffnet. Der darin enthaltene Niederschlag wurde filtriert, mit Wasser ge-5 waschen und unter Vakuum bei etwa 80 °C getrocknet. After a reaction time of 180 minutes, the oxygen absorption was 40.91 (measured at room temperature and 1 at pressure). The air supply was cut off and the reactor was gradually depressurized in order to recover unreacted p-xylene by stripping with water. Finally the reactor was cooled and opened. The precipitate contained therein was filtered, washed with water and dried under vacuum at about 80 ° C.

Dann wurde er durch eine Kombination von Verfahren einschliesslich Azidimetrie, Polarographie und Dampfphasen-Chromatographie analysiert. So wurde bestimmt, dass 89,4% des eingeführten p-Xylols und 23,1 % der eingeführ-lo ten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: Then it was analyzed by a combination of methods including acidimetry, polarography and vapor phase chromatography. It was determined that 89.4% of the imported p-xylene and 23.1% of the imported solder p-toluic acid had been converted into the following products:

. Terephthalsäure 90,2 g . Terephthalic acid 90.2 g

4-Carboxybenzaldehyd 8,8 g andere Zwischenprodukte 3,8 g 4-carboxybenzaldehyde 8.8 g other intermediates 3.8 g

15 schwere Nebenprodukte 2,2 g 15 heavy by-products 2.2 g

Unter Berücksichtigung, dass 4-Carboxybenzaldehyd und andere Zwischenprodukte in einem kontinuierlichen Verfahren zurückgeführt werden können, und der wesentliche Anteil derselben schliesslich in Terephthalsäure umge-20 wandelt wird, kann geschätzt werden, dass die Terephthal-säureausbeute in einem solchen kontinuierlichen Verfahren bei mehr als 90 Mol-%, bezogen auf die Menge an verbrauchtem p-Xylol, liegt. Considering that 4-carboxybenzaldehyde and other intermediates can be recycled in a continuous process and the substantial portion thereof ultimately converted to terephthalic acid, it can be estimated that the terephthalic acid yield in such a continuous process is greater than 90 Mol%, based on the amount of p-xylene consumed.

In einem anderen, unter denselben Bedingungen durch-25 geführten Verfahren wurde die heisse Reaktionsmischung filtriert, der erhaltene Kuchen wurde weiter auf dem Filter mit heissem Wasser gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Die Analyse des getrockneten Produktes zeigte die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%): 30 Terephthalsäure 85,6 In another process carried out under the same conditions, the hot reaction mixture was filtered, the cake obtained was further washed on the filter with hot water and dried under vacuum. Analysis of the dried product showed the following composition (in% by weight): 30 terephthalic acid 85.6

P-Toluylsäure 9,6 P-toluic acid 9.6

4-Carboxybenzaldehyd 3,6 4-carboxybenzaldehyde 3.6

Die Farbe dieser Probe wurde durch Messung der optischen Dichte einer Lösung derselben in verdünntem Am-35 moniak nach dem Verfahren der US-PS 3 354 802 bestimmt, wobei anstelle einer 4-cm-Zelle eine 5-cm-Zelle verwendet wurde. Die so erhaltenen Werte der optischen Dichte sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt und wurden mit Werten der optischen Dichte verglichen, die mit einer Probe einer 40 handelsüblichen Terephthalsäure einer Reinheit von 99+% erhalten worden waren. The color of this sample was determined by measuring the optical density of a solution of the same in dilute ammonia according to the method of US Pat. No. 3,354,802, using a 5 cm cell instead of a 4 cm cell. The optical density values thus obtained are shown in Table II below and were compared with the optical density values obtained with a sample of 40 commercial terephthalic acid of 99 +% purity.

Tabelle II Table II

rohe Probe optische Dichte bei (m|i) raw sample optical density at (m | i)

U rsprung Reinheit Origins of purity

Gew.-% 340 380 400 % By weight 340 380 400

erfingungsgemäss hergestellt 85,6 0,428 0,102 0,076 manufactured according to the invention 85.6 0.428 0.102 0.076

handelsübliches Produkt 99+ 0,726 0,183 0,111 commercial product 99+ 0.726 0.183 0.111

Wie ersichtlich, hat die erfindungsgemäss erhaltene rohe Probe nach einfachem Filtrieren und oberflächlichem Waschen bessere Farbeigenschaften als eine handelsübliche Te-rephthalsäureprobe einer wesentlich höheren Reinheit. Daher eignet sich die rohe Probe besonders zur weiteren Reinigung für Faserqualität. As can be seen, the raw sample obtained according to the invention, after simple filtering and superficial washing, has better color properties than a commercially available terephthalic acid sample of a substantially higher purity. The raw sample is therefore particularly suitable for further cleaning for fiber quality.

Beispiel 2 Example 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei anstelle von 63,0 g Wasser die folgende Mischung als Lösungsmittel verwendet wurde: Example 1 was repeated using the following mixture as solvent instead of 63.0 g of water:

Wasser 33,0 g Water 33.0 g

Essigsäure 30,0 g Acetic acid 30.0 g

Nach 180 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption 39,7 g, d.h. etwa dieselbe Menge wie im obigen Beispiel. Dann wurde die Reaktionsmischung wie in Beispiel 1 behandelt und analysiert. So wurde festgestellt, dass 88,0% ss des eingeführten p-Xylols und 23,5% der eingeführten p-Toluylsäure in die.folgenden Produkte umgewandelt waren: Terephthalsäure 89,4 g After 180 minutes of reaction, the oxygen absorption was 39.7 g, i.e. about the same amount as in the example above. Then the reaction mixture was treated and analyzed as in Example 1. It was found that 88.0% ss of the introduced p-xylene and 23.5% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products: terephthalic acid 89.4 g

4-Carboxybenzaldehyd 6,5 g andere Zwischenprodukte 4,8 g 4-carboxybenzaldehyde 6.5 g other intermediates 4.8 g

60 schwere Nebenprodukte 3,2 g 60 heavy by-products 3.2 g

Nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 wurde geschätzt, dass in einem kontinuierlichen Verfahren unter den in diesem Beispiel angewendeten Bedingungen die Tere-phthalsäureausbeute etwa 90 Mol-%, bezogen auf das ver-65 brauchte p-Xylol, betragen würde. Following the same procedure as in Example 1, it was estimated that in a continuous process under the conditions used in this example, the terephthalic acid yield would be about 90 mole percent based on the p-xylene consumed.

Wie ersichtlich, sind diese Ergebnisse mit denen des obigen Beispiels, in dem Wasser als einzige Komponente des Lösungsmittels verwendet wurde, praktisch identisch. As can be seen, these results are practically identical to those of the example above, in which water was used as the sole component of the solvent.

9 9

642 343 642 343

Beispiel 3 Example 3

Beispiel 2 wurde unter Verwendung von Ameisensäure anstelle der Essigsäure wiederholt. Daher war das in diesem Falle verwendete Lösungsmittel die folgende Mischung: Wasser 33,0 g Example 2 was repeated using formic acid instead of acetic acid. Therefore, the solvent used in this case was the following mixture: water 33.0 g

Ameisensäure 30,9 g Formic acid 30.9 g

Nach 180 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption 36,71. Nach demselben Analyseverfahren der obigen Beispiele wurde festgestellt, dass 88,0% des eingeführten p-Xylols und 15,6% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: After 180 minutes of reaction, the oxygen absorption was 36.71. Following the same analysis procedure of the above examples, it was found that 88.0% of the introduced p-xylene and 15.6% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 66,7 g Terephthalic acid 66.7 g

4-Carboxybenzaldehyd 6,8 g andere Zwischenprodukte 7,0 g schwere Nebenprodukte 3,7 g 4-carboxybenzaldehyde 6.8 g other intermediates 7.0 g heavy by-products 3.7 g

Nach dem Verfahren des obigen Beispiels kann geschätzt werden, dass in einem kontinuierlichen Verfahren unter den vorliegenden Bedingungen die Terephthalsäureausbeute etwa 85 Mol-%, bezogen auf das verbrauchte p-Xylol, betragen würde. Following the procedure of the above example, it can be estimated that in a continuous process under the present conditions the terephthalic acid yield would be about 85 mole percent based on the p-xylene consumed.

Obgleich diese Ergebnisse nicht ganz so gut wie die der vorhergehenden Beispiele sind, zeigen sie, dass grosse Mengen Ameisensäure in der Reaktionsmischung ohne ernstliche Schäden bezüglich Ausbeute und Reaktionsgeschwindigkeit toleriert werden können. Dies ist besonders unerwartet, weil Ameidensäure früher immer als starker Inhibitor von Oxida-tionsreaktionen beschrieben worden ist. Da in solchen Reaktionen immer Ameisensäure gebildet wird, müssen gewöhnlich komplizierte und kostspielige Verfahren vorgesehen werden, um eine Ameisensäureansammlung in der Reaktionsmischung zu vermeiden. Im vorliegenden Verfahren wird Ameisensäure verbrannt, was durch die Tatsache bestätigt wird, dass in diesem Versuch Kohlendioxid in einer Menge von 6,01 anstelle von 3,8 1 gemäss Beispiel 1 freigesetzt wurde. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung ist daher kein besonderes Verfahren zur Entfernung von Ameisensäure aus der Reaktionsmischung notwendig. Although these results are not quite as good as those of the previous examples, they show that large amounts of formic acid can be tolerated in the reaction mixture without serious damage to the yield and reaction rate. This is particularly unexpected because formic acid has always been described as a strong inhibitor of oxidation reactions. Since formic acid is always formed in such reactions, complicated and costly procedures usually have to be provided to avoid formic acid accumulation in the reaction mixture. In the present process, formic acid is burned, which is confirmed by the fact that in this experiment carbon dioxide was released in an amount of 6.01 instead of 3.8 1 according to Example 1. Therefore, in the process of the present invention, no special process for removing formic acid from the reaction mixture is necessary.

Beispiel 4 Example 4

Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Kobalt als einzigen Katalysator wiederholt. Die Beschickung war wie folgt: Example 1 was repeated using cobalt as the only catalyst. The feed was as follows:

p-Xylol 45,0 g p-Toluylsäure 190,1 g verschiedene oxygenierte Derivate 1,9 g p-xylene 45.0 g p-toluic acid 190.1 g various oxygenated derivatives 1.9 g

Wasser 63,0 g Water 63.0 g

Kobaltacetat 3,48 Millimol Cobalt acetate 3.48 millimoles

In dieser Beschickung war u = 2,50 und x offensichtlich = 0,00. Daher betrug die Kobaltgrenzmenge zur Sicherstellung einer Oxidation in diesem Fall: In this feed, u = 2.50 and x was obviously = 0.00. Therefore, the cobalt limit to ensure oxidation in this case was:

M = M =

2,50 (0,200) 0,0724 2.50 (0.200) 0.0724

= 6,9 Millimol/kg = 6.9 millimoles / kg

Die Konzentration an Kobaltacetat in der Anfangsmischung betrug somit 11,6 Millimol/kg, d.h. etwa das Zweifache der Grenzmenge. Nach 180 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption 41,5 1. Die Reaktionsmischung wurde dann wie oben behandelt und analysiert. Es wurde festgestellt, dass 90,8% des eingeführten p-Xylols und 19,5 der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt worden waren: The concentration of cobalt acetate in the initial mixture was thus 11.6 millimoles / kg, i.e. about twice the limit. After 180 minutes of reaction, the oxygen absorption was 41.5 1. The reaction mixture was then treated and analyzed as above. It was found that 90.8% of the introduced p-xylene and 19.5% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 74,2 g Terephthalic acid 74.2 g

4-Carboxybenzaldehyd 6,8 g andere Zwischenprodukte 1,5 g schwere Nebenprodukte 3,7 g 4-carboxybenzaldehyde 6.8 g other intermediates 1.5 g heavy by-products 3.7 g

Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit denen von Beispiel 1 zeigt, dass weniger Terephthalsäure gebildet wurde, obgleich die Sauerstoffabsorption etwas höher war. Durch ein Schätzen wie in den obigen Beispielen ist tatsächlich eine Aus-5 beute an Therephthalsäure in einem kontinuierlichen Verfahren von 81 % anstelle von 90% zu erwarten. Dieser Unterschied zeigt deutlich den Vorteil einer Verwendung einer Mischung aus Mangan und Kobalt als Katalysator anstelle von Kobalt allein. A comparison of these results with those of Example 1 shows that less terephthalic acid was formed, although the oxygen absorption was somewhat higher. By estimating as in the examples above, a yield of terephthalic acid can actually be expected in a continuous process of 81% instead of 90%. This difference clearly shows the advantage of using a mixture of manganese and cobalt as a catalyst instead of cobalt alone.

10 10th

15 15

20 20th

Beispiel 5 Example 5

Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Mangan als einzigen Katalysator wiederholt. Die Beschickung hatte die folgende Zusammensetzung: Example 1 was repeated using manganese as the only catalyst. The feed had the following composition:

p-Xylol 45,0 g p-Toluylsäure 182,8 g verschiedene oxygenierte Derivate 9,2 g p-xylene 45.0 g p-toluic acid 182.8 g various oxygenated derivatives 9.2 g

Wasser 63,0 g Water 63.0 g

Manganacetat 3,00 Millimol Manganese acetate 3.00 millimoles

In dieser Beschickung war y = 2,60 und x offensichtlich = 1,00. Daher lag die Grenzmenge an Mangan für die Gewährleistung einer Oxidation bei: In this feed, y = 2.60 and x was obviously = 1.00. Therefore, the limit amount of manganese to ensure oxidation was:

25 25th

M = M =

2,60 (1,00+0,200) +10,9 4,35+0,0724 2.60 (1.00 + 0.200) +10.9 4.35 + 0.0724

3,2 Millimol/kg 3.2 millimoles / kg

Im vorliegenden Beispiel betrug die Mangankonzentra-30 tion 10,0 Millimol/kg, d.h. etwa das Dreifache des Grenzwertes wie in Beispiel 1. In the present example, the manganese concentration was 10.0 millimoles / kg, i.e. about three times the limit as in Example 1.

Nach 180 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption 25,3 g, d. h. war merklich niedriger als in den obigen Beispielen. Dann wurde die Reaktionsmischung wie oben 35 behandelt und analysiert. So wurde festgestellt, dass 70,2% des eingeführten p-Xylols und 5,8% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: T erephthalsäure 31,2 g After 180 minutes of reaction, the oxygen absorption was 25.3 g. H. was noticeably lower than in the examples above. Then the reaction mixture was treated and analyzed as above 35. It was found that 70.2% of the introduced p-xylene and 5.8% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products: terephthalic acid 31.2 g

4-Carboxybenzaldehyd 5,9 g 4-carboxybenzaldehyde 5.9 g

40 andere Zwischenprodukte 6,3 g schwere Nebenprodukte 5,1g 40 other intermediates 6.3 g heavy by-products 5.1 g

Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit denen von Beispiel 1 und 2 zeigt klar, dass hier weniger Reaktionsteilnehmer verbraucht und weniger Terephthalsäure gebildet wurden. Wei-45 ter beträgt die aus diesen Daten wie oben geschätzte Terephthalsäureausbeute in einem kontinuierlichen Verfahren nur 69%. Obgleich daher Mangan wesentlich wirksamer als Kobalt zur Gewährleistung einer Oxidation in Anwesenheit von Wasser ist (wie durch den niedrigeren berechneten Wert so für M im Vergleich zu dem für Kobalt allein berechneten Wert gezeigt) besteht ein deutlicher Vorteil bezüglich Reaktionsgeschwindigkeit und Ausbeute in der Verwendung von Mangan in Verbindung mit Kobalt wie in Beispiel 1. A comparison of these results with those of Examples 1 and 2 clearly shows that here fewer reactants were consumed and less terephthalic acid was formed. Furthermore, the terephthalic acid yield in a continuous process from this data, as estimated above, is only 69%. Therefore, although manganese is significantly more effective than cobalt in providing oxidation in the presence of water (as shown by the lower calculated value for M compared to the value calculated for cobalt alone), there is a distinct advantage in reaction rate and yield in using manganese in combination with cobalt as in Example 1.

Beispiel 6 Example 6

Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Mangan in Verbindung mit Nickel wiederholt; die Beschickung war wie folgt: Example 1 was repeated using manganese combined with nickel; the feed was as follows:

p-Xylol 45,0 g p-Toluylsäure 182,8 g verschiedene oxygenierte Derivate 9,2 g p-xylene 45.0 g p-toluic acid 182.8 g various oxygenated derivatives 9.2 g

Wasser 63,0 g Water 63.0 g

Manganacetat 1,5 Millimol Manganese acetate 1.5 millimoles

Nickelacetat 1,50 Millimol Nickel acetate 1.50 millimoles

Bei dieser Beschickung war y = 2,60 und x = 1,00 wie im vorhergehenden Beispiel; somit betrug M = 3,2 Millimol kg (wobei Nickel in der Berechnung von M nicht be60 With this feed, y = 2.60 and x = 1.00 as in the previous example; thus M = 3.2 millimoles kg (with nickel not being60 in the calculation of M

65 65

642 343 642 343

10 10th

rücksichtigt wurde). Im vorliegenden Beispiel betrug die Mangankonzentration 5,0 Millimol/kg und lag somit um 1,8 über der Grenzmenge; dabei erfolgte die Oxidation sehr aktiv. was taken into account). In the present example, the manganese concentration was 5.0 millimoles / kg and was thus 1.8 above the limit; the oxidation was very active.

Nach 180 Minuten betrug die Sauerstoffabsorption 29,21, und die Reaktionsmischung wurde wie oben analysiert. So wurde festgestellt, dass 79,1 % des eingeführten p-Xylols und 3,3% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt worden waren: After 180 minutes the oxygen absorption was 29.21 and the reaction mixture was analyzed as above. It was found that 79.1% of the imported p-xylene and 3.3% of the imported p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 35,6 g Terephthalic acid 35.6 g

4-Carboxybenzaldehyd 6,6 g andere Zwischenprodukte 2,6 g schwere Nebenprodukte 3,2 g 4-carboxybenzaldehyde 6.6 g other intermediates 2.6 g heavy by-products 3.2 g

Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit denen des vorhergehenden Beispiels zeigt, dass etwas mehr Sauerstoff absorbiert und mehr Terephthalsäure gebildet wurde als bei Verwendung von Mangan allein in einer zweifachen Konzentration des Wertes des vorliegenden Beispiels. Dies zeigt, dass andere Metalle als Kobalt in Verbindung mit Mangan zur Verbesserung der Reaktionsmenge verwendet werden können. A comparison of these results with those of the previous example shows that slightly more oxygen was absorbed and more terephthalic acid was formed than when using manganese alone in a double concentration of the value of the present example. This shows that metals other than cobalt can be used in combination with manganese to improve the amount of the reaction.

Beispiel 7 Example 7

In den in den obigen Beispielen verwendeten Autoklav wurden eingeführt: In the autoclave used in the above examples were introduced:

p-Xylol 45,0 g p-Toluylsäure 218,5 g verschiedene oxygenierte Derivate 6,5 g p-xylene 45.0 g p-toluic acid 218.5 g various oxygenated derivatives 6.5 g

Wasser 30,0 g Water 30.0 g

Manganacetat 0,52 Millimol Manganese acetate 0.52 millimoles

Kobaltacetat 0,45 Millimol Cobalt acetate 0.45 millimoles

In dieser Beschickung betrug das Mol-Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure (y) = 1,04, und die Mol-Fraktion Mangan im Katalysator (x) lag bei 0,46. Gemäss Gleichung (1) ist daher die in diesem Fall für eine Oxidation zu verwendende Katalysatormindestmenge M = 2,7 Millimol/kg. Tatsächlich lag in diesem Beispiel die Katalysatorkonzentration bei 0,97 Millimol pro 300 g Anfangsmischung oder 3,2 Millimol/kg, d.h. sie war nur um 0,5 Millimol über der Grenzmenge. Dennoch begann die Sauerstoffabsorption spontan und erfolgte aktiv; daher erhöhte sich die Temperatur schnell und wurde durch kotrolliertes Kühlen auf 170 °C gehalten. In this feed, the molar ratio of water to p-toluic acid (y) = 1.04 and the mole fraction of manganese in the catalyst (x) was 0.46. According to equation (1), the minimum amount of catalyst to be used for oxidation in this case is M = 2.7 millimoles / kg. Indeed, in this example, the catalyst concentration was 0.97 millimoles per 300 grams of starting mixture or 3.2 millimoles / kg, i.e. it was only 0.5 millimoles above the limit. Nevertheless, oxygen absorption started spontaneously and was active; therefore the temperature rose rapidly and was kept at 170 ° C. by controlled cooling.

Nach 395 Minuten Reaktion waren 62,91 Sauerstoff absorbiert. Dann wurde die Luftzufuhr unterbrochen und das Verfahren von Beispiel 1 zur Bestimmung der Zusammensetzung der Reaktionsmischung angewendet. So wurde festgestellt, dass 98,8% des eingeführten p-Xylols und 29,24% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: After 395 minutes of reaction, 62.91 oxygen was absorbed. Then the air supply was stopped and the procedure of Example 1 was used to determine the composition of the reaction mixture. It was found that 98.8% of the imported p-xylene and 29.24% of the imported p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 102,5 g Terephthalic acid 102.5 g

4-Carboxybenzaldehyd 6,6 g andere Zwischenprodukte 4,6 g schwere Nebenprodukte 3,6 g 4-carboxybenzaldehyde 6.6 g other intermediates 4.6 g heavy by-products 3.6 g

Aus diesen Daten wurde gemäss Beispiel 1 eine Tereph-thalausbeute in einem kontinuierlichen Verfahren mit Rückführung der Zwischenprodukte von 80% geschätzt, d.h. 10% unter der in Beispiel 1 geschätzten Ausbeute. Der Hauptunterschied zwischen beiden Versuchen bestand darin, dass in Beispiel 1 der Wassergehalt der Beschickung 21 Gew.-% gegenüber nur 10 Gew.-% im vorliegenden Fall war. Die so erhaltene unterschiedliche Ausbeute kann somit als weitere Veranschaulichung des Vorteils angesehen werden, die Oxidation von p-Xylol in Anwesenheit wesentlicher Wassermengen nach dem erfindungsgemässen Verfahren durchzuführen. From this data, a terephthalic yield was estimated according to Example 1 in a continuous process with recycling of the intermediate products of 80%, i.e. 10% below the yield estimated in Example 1. The main difference between the two tests was that in Example 1 the water content of the feed was 21% by weight compared to only 10% by weight in the present case. The different yield obtained in this way can thus be seen as a further illustration of the advantage of carrying out the oxidation of p-xylene in the presence of substantial amounts of water by the process according to the invention.

Vergleichsbeispiel Es wurden dieselben Mengen an Verbindungen wie im vorigen Beispiel in den Autoklaven eingeführt, wobei jedoch nur 0,30 Mol Manganacetat und 0,35 Mol Kobaltacetat verwendet wurden. Die Gesamtkonzentration des Metallkatalysators betrug daher 2,2 Millimol/kg, d.h. war um 0,5 Millimol niedriger als der im vorigen Beispiel berechnete Grenzwert. Comparative Example The same amounts of compounds as in the previous example were introduced into the autoclave, but only 0.30 mol of manganese acetate and 0.35 mol of cobalt acetate were used. The total concentration of the metal catalyst was therefore 2.2 millimoles / kg, i.e. was 0.5 millimoles lower than the limit calculated in the previous example.

Nach Erhitzen der Mischung in Anwesenheit eines Luftstromes unter denselben Bedingungen wie im vorigen Beispiel begann die Sauerstoffabsorption ähnlich, fiel jedoch nach etwa 70 Minuten plötzlich auf einen vernachlässigbaren Wert; sie betrug nur 6, 7 1. After heating the mixture in the presence of an air stream under the same conditions as in the previous example, the oxygen absorption started similarly, but suddenly dropped to a negligible value after about 70 minutes; it was only 6, 7 1.

Beispiel 8 Example 8

In den Autoklav von Beispiel 1 wurden eingeführt: The following were introduced into the autoclave of Example 1:

p-Tolualdehyd 45,0 g p-Toluylsäure 187,5 g versch. oxygenierte p-Tolualdehyde 45.0 g p-toluic acid 187.5 g various oxygenated

Derivate 4,5 g Derivatives 4.5 g

Wasser 63,0 g Water 63.0 g

Manganacetat 1,50 Millimol Manganese acetate 1.50 millimoles

Kobaltacetat 1,74 Millimol Cobalt acetate 1.74 millimoles

Wie ersichtlich, ist diese Mischung sehr ähnlich der in Beispiel 1 bis 5 eingeführten Mischung, wobei p-Tolual-dehyd anstelle von p-Xylol verwendet wurde. Das molare Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure war wiederum 2,54. Durch Anwendung von Gleichung (1) beträgt die für eine Oxidation zu verwendende Katalysatormindestkonzentration M = 3,2 Millimol/kg. Tatsächlich lag in diesem Beispiel die Katalysatorkonzentration bei 10,9 Millimol/kg., d.h. war etwa 3 mal so hoch. As can be seen, this mixture is very similar to the mixture introduced in Examples 1 to 5, using p-tolualdehyde instead of p-xylene. The molar ratio of water to p-toluic acid was again 2.54. By using equation (1), the minimum catalyst concentration to be used for oxidation is M = 3.2 millimoles / kg. In fact, in this example, the catalyst concentration was 10.9 millimoles / kg. was about 3 times as high.

Diese Mischung wurde wie in den obigen Beispielen in Anwesenheit von Luft erhitzt. Die Sauerstoffabsorption begann spontan bei etwa 30CC. Die Temperatur wurde ansteigen gelassen und durch kontrolliertes Kühlen auf 170°C gehalten. Nach 180 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption 25,6 1. Die Luftzufuhr wurde unterbrochen, und es wurden 180 ccm n-Heptan in den Reaktor eingeführt, um nicht umgesetztes p-Tolualdehyd unter ständigem Rühren und Erhitzen zu extrahieren. Dann wurde die erhaltene Mischung abgekühlt und der Reaktor geöffnet. Der darin enthaltene Niederschlag wurde filtriert, mit n-Heptan gewaschen, unter Vakuum bei 50 °C getrocknet, nochmals mit Wasser gewaschen und schliesslich unter Vakuum bei etwa 70°C getrocknet. Die Analyse erfolgte wie in den obigen Beispielen. Filtrat und Waschmaterial wurden kombiniert und der Heptanextrakt durch Dekantieren abgetrennt. Ein Aliquot dieses Extraktes wurde durch Dampfphasenchromatographie analysiert, um den nicht umgesetzten p-Tolu-alde-hydanteil zu bestimmen. Der restliche Teil wurde unter Vakuum zur Trockne eingedampft und der Rückstand nach demselben Verfahren wie der erste Niederschlag analysiert. This mixture was heated in the presence of air as in the examples above. Oxygen absorption started spontaneously at around 30CC. The temperature was allowed to rise and was kept at 170 ° C by controlled cooling. After 180 minutes of reaction, the oxygen absorption was 25.6 1. The air supply was cut off and 180 cc of n-heptane was introduced into the reactor to extract unreacted p-tolualdehyde with constant stirring and heating. The resulting mixture was then cooled and the reactor opened. The precipitate contained therein was filtered, washed with n-heptane, dried under vacuum at 50 ° C, washed again with water and finally dried under vacuum at about 70 ° C. The analysis was carried out as in the examples above. The filtrate and washing material were combined and the heptane extract was separated by decanting. An aliquot of this extract was analyzed by vapor phase chromatography to determine the unreacted p-toluene alde hyd portion. The remainder was evaporated to dryness in vacuo and the residue was analyzed using the same procedure as the first precipitate.

Aus diesen unterschiedlichen Analysen wurde festgestellt, dass 99,9% des eingeführten p-Tolualdehyds und 10,7% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: From these different analyzes, it was found that 99.9% of the introduced p-tolualdehyde and 10.7% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 58,4 g Terephthalic acid 58.4 g

4-Carboxybenzaldehyd 7,1 g andere Zwischenprodukte 6,1g schwere Nebenprodukte 5,4 g 4-carboxybenzaldehyde 7.1 g other intermediates 6.1 g heavy by-products 5.4 g

Vergleichsbeispiel 1 Es wurden dieselben Mengen an Verbindungen wie im vorigen Beispiel in den Autoklav eingeführt, wobei nur je 0,3 Millimol Mangan- und Kobaltacetat verwendet wurden. Die Katalysatorgesamtkonzentration betrug daher 2,0 Millimol/ Comparative Example 1 The same amounts of compounds as in the previous example were introduced into the autoclave, only 0.3 millimoles of manganese and cobalt acetate being used. The total catalyst concentration was therefore 2.0 millimoles /

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

SO SO

55 55

60 60

65 65

11 11

642 343 642 343

kg, d.h. war um 1,2 Millimol niedriger als der durch Gleichung (1) berechnete Grenzwert. kg, i.e. was 1.2 millimoles lower than the limit calculated by equation (1).

Diese Mischung wurde unter denselben Bedingungen wie im vorigen Beispiel in Anwesenheit von,Luft erhitzt. Nach 180 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption nur 9,01. Dann wurde die Reaktionsmischung wie im vorigen Beispiel behandelt und analysiert. So wurde festgestellt, dass der eingeführte p-Tolualdehyd vollständig in die folgenden Produkte umgewandelt war: This mixture was heated under the same conditions as in the previous example in the presence of air. After 180 minutes of reaction, the oxygen absorption was only 9.01. Then the reaction mixture was treated and analyzed as in the previous example. It was found that the introduced p-tolualdehyde was completely converted into the following products:

Terephthalsäure Terephthalic acid

2,3 g p-Toluylsäure 2.3 g p-toluic acid

31,7g 31.7g

4-Carboxybenzaldehyd 4-carboxybenzaldehyde

3,8 g andere Zwischenprodukte 3.8 g of other intermediates

0,9 g schwere Nebenprodukte By-products weighing 0.9 g

2,0 g 2.0 g

Wie ersichtlich, ist im vorliegenden Fall der p- As can be seen, the p-

■Tolual- ■ Tolual

dehyd im wesentlichen in p-Toluylsäure ohne wesentliche Bildung von Terephthalsäure umgewandelt. dehydrogenated essentially into p-toluic acid without substantial formation of terephthalic acid.

Vergleichsbeispiel 2 Hier wurde p-Tolualdehyd als einziges, zu oxidierendes Substrat verwendet. Die Beschickung war wie folgt: p-Tolualdehyd 225 g Comparative Example 2 Here, p-tolualdehyde was used as the only substrate to be oxidized. The feed was as follows: p-tolualdehyde 225 g

Wasser 75 g Water 75 g

Manganacetat 1,50 Millimol Manganese acetate 1.50 millimoles

Kobaltacetat 1,50 Millimol Cobalt acetate 1.50 millimoles

Nach Erhitzen dieser Mischung in Anwesenheit von Luft wie in Beispiel 8 begann die Sauerstoffabsorption ähnlich, verlangsamte sich jedoch dann deutlich. Nach etwa 240 Minuten Reaktion bei 170 °C betrug die Sauerstoffabsorption 29,61. Durch Behandlung und Analyse der erhaltenen Reaktionsmischung wie oben wurde festgestellt, dass 99,7% des eingeführten p-Tolualdehyds in die folgenden Produkte umgewandelt waren: After heating this mixture in the presence of air as in Example 8, oxygen absorption started similarly, but then slowed down significantly. After about 240 minutes of reaction at 170 ° C, the oxygen absorption was 29.61. By treating and analyzing the reaction mixture obtained as above, it was found that 99.7% of the introduced p-tolualdehyde had been converted into the following products:

Terephthalsäure 4,6 g p-T oluylsäure 171,4 g Terephthalic acid 4.6 g p-toluenic acid 171.4 g

4-Carboxybenzaldehyd 4,6 g andere Zwischenprodukte 1,3 g schwere Nebenprodukte 1,3 g 4-carboxybenzaldehyde 4.6 g other intermediates 1.3 g heavy by-products 1.3 g

Wie ersichtlich, war wiederum p-Toluylsäure das Hauptprodukt aus der Oxidation von p-Tolu-aldehyd, und nur geringe Mengen Terephthalsäure wurden gebildet. Dies zeigt deutlich, dass zur Oxidation von p-Tolualdehyd in Terephthalsäure nach dem vorliegenden Verfahren p-Toluyl-säure in ausreichender Menge von Beginn der Reaktion an anwesend sein muss. As can be seen, p-toluic acid was again the main product from the oxidation of p-toluene aldehyde and only small amounts of terephthalic acid were formed. This clearly shows that for the oxidation of p-tolualdehyde in terephthalic acid according to the present process, p-toluic acid must be present in a sufficient amount from the start of the reaction.

Beispiel 9 Example 9

Beispiel 8 wurde unter Verwendung von 3,48 Millimol Kobaltacetat als einzigen Katalysator wiederholt. Gemäss Gleichung (1) beträgt die in diesem Fall zu verwendende Ko-baltmindestkonzentration M = 7,0 Millimol/kg. Tatsächlich lag im vorliegenden Beispiel die Konzentration des Kobaltkatalysators bei 11,6 Millimol/kg. Example 8 was repeated using 3.48 millimoles of cobalt acetate as the only catalyst. According to equation (1), the minimum cobalt concentration to be used in this case is M = 7.0 millimoles / kg. In fact, in the present example, the concentration of the cobalt catalyst was 11.6 millimoles / kg.

Wiederum begann die Sauerstoffabsorption bei niedriger Temperatur. Dennoch wurde Wärme angelegt, um die Temperatur auf 170 °C zu halten. Nach etwa 210 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption 20,8 1. Die Reaktionsmischung wurde wie oben behandelt und analysiert. So wurde festgestellt, dass 99,9% des eingeführten p-Tolual-dehyds und 6,0% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: Again, the low temperature oxygen absorption started. Nevertheless, heat was applied to keep the temperature at 170 ° C. After about 210 minutes of reaction, the oxygen absorption was 20.8 1. The reaction mixture was treated and analyzed as above. It was found that 99.9% of the introduced p-tolual dehyde and 6.0% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 49,1 g Terephthalic acid 49.1 g

4-Carboxybenzaldehyd 6,9 g andere Zwischenprodukte 6,5 g schwere Nebenprodukte 6,3 g 4-carboxybenzaldehyde 6.9 g other intermediates 6.5 g heavy by-products 6.3 g

Vergleichsbeispiel 4 In denselben Autoklav wurden eingeführt: p-Tolualdehyd 69,6 g p-Toluylsäure 123,0 g verschiedene oxygenierte Derivate 3,0 g Comparative Example 4 In the same autoclave were introduced: p-tolualdehyde 69.6 g p-toluic acid 123.0 g various oxygenated derivatives 3.0 g

Wasser 105,50 g Water 105.50 g

Kobaltacetat 3,48 Millimol Cobalt acetate 3.48 millimoles

Somit wurde dieselbe Kobaltkatalysatormenge wie oben (11,6 Millimol/kg) verwendet, das molare Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure war hier jedoch 6,45 anstelle von 2,54. Daher betrug die in diesem Fall zu verwendende Mindestkonzentration an Kobaltkatalysator M = 17,8, d.h. um 6,2 Millimol mehr als tatsächlich in der Beschickung anwesend waren. Thus, the same amount of cobalt catalyst as above (11.6 millimoles / kg) was used, but the molar ratio of water to p-toluic acid was 6.45 instead of 2.54. Therefore, the minimum cobalt catalyst concentration to be used in this case was M = 17.8, i.e. 6.2 millimoles more than was actually present in the feed.

Diese Mischung wurde in Anwesenheit von Luft erhitzt. Wiederum erfolgte die Sauerstoffabsorption sofort, fiel jedoch nach 45 Minuten auf einen vernachlässigbaren Wert; dennoch wurde weiter auf 170 °C erhitzt. Nach 300 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption nur 10,01. Die Reaktionsmischung wurde wie in Beispiel 8 behandelt und analysiert. So wurde festgestellt, dass 90,1% des eingeführten p-Tolualdehyds in die folgenden Produkte umgewandelt waren: This mixture was heated in the presence of air. Again, the oxygen absorption was immediate, but fell to a negligible level after 45 minutes; nevertheless, the temperature was raised to 170 ° C. After 300 minutes of reaction, the oxygen absorption was only 10.01. The reaction mixture was treated and analyzed as in Example 8. It was found that 90.1% of the imported p-tolualdehyde had been converted into the following products:

Terephthalsäure 3,7 g p-Toluylsäure 53,5 g Terephthalic acid 3.7 g p-toluic acid 53.5 g

4-Carboxybenzaldehyd 0,7 g andere Zwischenprodukte 0,7 g schwere Nebenprodukte 6,6 g 4-carboxybenzaldehyde 0.7 g other intermediates 0.7 g heavy by-products 6.6 g

Wie ersichtlich, wurde p-Tolualdehyd im wesentlichen in p-Toluylsäure ohne wesentliche Bildung von Terephthalsäure umgewandelt. As can be seen, p-tolualdehyde was essentially converted to p-toluic acid without substantial terephthalic acid formation.

Beispiel 10 Example 10

In den obigen Autoklav wurden eingeführt: p-Toluylsäure 215,3 g verschiedene oxygenierte Derivate 10,7 g In the above autoclave were introduced: p-toluic acid 215.3 g various oxygenated derivatives 10.7 g

Wasser 75,0 g Water 75.0 g

Kobaltacetat 1,74 Millimol Cobalt acetate 1.74 millimoles

Manganacetat 1,50 Millimol Manganese acetate 1.50 millimoles

Somit wurde in diesem Beispiel kein p-Xylol oder p-Tolualdehyd verwendet. Das Mol-Verhältnis von Wasser zu p-Toluylsäure (y) betrug 2,64 und die Molfraktion an Mangan in diesem Katalysator (x) lag bei 0,46 wie in Beispiel 1. Die gemäss Gleichung (1) zu verwendende Katalysatormindestkonzentration beträgt M = 3,3 Millimol/kg. Tatsächlich lag sie in diesem Beispiel bei 3,24 Millimol für 300 g Reaktionsmischung oder 10,8 Millimol/kg, d.h. etwas dreimal mehr als der Grenzwert. Thus, no p-xylene or p-tolualdehyde was used in this example. The molar ratio of water to p-toluic acid (y) was 2.64 and the mole fraction of manganese in this catalyst (x) was 0.46 as in Example 1. The minimum catalyst concentration to be used according to equation (1) is M = 3.3 millimoles / kg. In fact, in this example it was 3.24 millimoles for 300 g reaction mixture or 10.8 millimoles / kg, i.e. a little three times more than the limit.

Diese Mischung wurde in Anwesenheit von Luft unter den Bedingungen von Beispiel 1 erhitzt. Wiederum begann die Reaktion spontan. Nach 180 Minuten Reaktion waren 19,41 Sauerstoff absorbiert, und die Reaktion wurde durch Abkühlen unterbrochen. Der Autoklav wurde geöffnet und der darin enthaltene Niederschlag wie in Beispiel 1 behandelt und analysiert. So wurde bestimmt, dass 33,2% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: This mixture was heated in the presence of air under the conditions of Example 1. Again the reaction started spontaneously. After 180 minutes of reaction, 19.41 oxygen was absorbed and the reaction was stopped by cooling. The autoclave was opened and the precipitate contained therein was treated and analyzed as in Example 1. It was determined that 33.2% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 75,5 g Terephthalic acid 75.5 g

4-Carboxybenzaldehyd 6,1 g andere Zwischenprodukte 1,8 g schwere Nebenprodukte 0,1g 4-carboxybenzaldehyde 6.1 g other intermediates 1.8 g heavy by-products 0.1 g

Die Nettoausbeute an Terephthalsäure, bezogen auf die umgewandelte p-Toluylsäure, betrug 87 Mol-%. Unter Berücksichtigung der Oxidationszwischenprodukte, wie 4-Carboxybenzaldehyd, läge die tatsächliche geschätzte Tere- The net yield of terephthalic acid, based on the converted p-toluic acid, was 87 mol%. Taking into account the oxidation intermediates, such as 4-carboxybenzaldehyde, the actual estimated tere

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

642343 642343

12 12

phthalsäureausbeute in einem kontinuierlichen Verfahren mit Rückführung der Zwischenprodukte bei 97 Mol-%. Yield of phthalic acid in a continuous process with recycling of the intermediates at 97 mol%.

Dieses Beispiel zeigt deutlich, dass p-Toluylsäure nach dem erfindungsgemässen Verfahren wirksam und in hoher Ausbeute in Terephthalsäure umgesandelt werden kann, sogar in Abwesenheit von p-Xylol oder irgendeiner anderen, leicht oxidierbaren Verbindung als Beschleuniger. This example clearly shows that p-toluic acid can be converted efficiently and in high yield into terephthalic acid by the process according to the invention, even in the absence of p-xylene or any other easily oxidizable compound as an accelerator.

Beispiel 11 Example 11

In den obigen Autoklav wurden eingeführt: In the above autoclave were introduced:

p-Xylol 3,0 g p-Toluylsäure 142,6 g verschiedene oxygenierte Derivate 4,4 g p-xylene 3.0 g p-toluic acid 142.6 g various oxygenated derivatives 4.4 g

Wasser 150,0 g Water 150.0 g

Manganacetat 1,05 Millimol Manganese acetate 1.05 millimoles

Kobaltacetat 1,05 Millimol Cobalt acetate 1.05 millimoles

Somit betrug in diesem Beispiel der Wassergehalt 50 Gew.-% der Anfangsmischung; y war 7,95 und x offensichtlich 0,50. Gemäss Gleichung (1) betrug die zu verwendende Katalysatormindestkonzentration M = 4,9. Tatsächlich lag sie im vorliegenden Beispiel bei 7,0 Millimol/kg, d.h. um 2,1 Millimol über der Grenzmenge. Thus in this example the water content was 50% by weight of the initial mixture; y was 7.95 and x was obviously 0.50. According to equation (1), the minimum catalyst concentration to be used was M = 4.9. In fact, in the present example it was 7.0 millimoles / kg, i.e. 2.1 millimoles above the limit.

Luft wurde in den Reaktor mit einer Fliessgeschwindigkeit von 1101/Std. unter einem Druck von 20 kg/cm2 eingeführt und die Mischung unter Rühren erhitzt. Bei einer Temperatur von etwa 170 °C wurde eine winzige Menge tert.-Bu-tylhydroperoxid zugefügt, um den Beginn der Reaktion zu unterstützen. Dann erhöhte sich die Temperatur schnell und wurde durch kontrolliertes Kühlen auf 185 °C gehalten. Air was introduced into the reactor at a flow rate of 1101 / hour. introduced under a pressure of 20 kg / cm 2 and the mixture heated with stirring. At a temperature of about 170 ° C, a tiny amount of tert-butyl hydroperoxide was added to help start the reaction. The temperature then increased rapidly and was kept at 185 ° C. by controlled cooling.

Nach 300 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption 23,51. Die Reaktion wurde unterbrochen und die erhaltene Mischung wie in Beispiel 1 behandelt und analysiert. So wurde festgestellt, dass 95,0% des eingeführten p-Xylols und 40,3% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt wurden: After 300 minutes of reaction, the oxygen absorption was 23.51. The reaction was stopped and the mixture obtained was treated and analyzed as in Example 1. It was found that 95.0% of the imported p-xylene and 40.3% of the imported p-toluic acid were converted into the following products:

Terephthalsäure 53,5 g Terephthalic acid 53.5 g

4-Carboxybenzaldehyd 5,0 g andere Zwischenprodukte 1,6 g schwere Nebenprodukte 1,6 g 4-carboxybenzaldehyde 5.0 g other intermediates 1.6 g heavy by-products 1.6 g

Vergleichsbeispiel 5 Das obige Beispiel wurde wiederholt, wobei die halbe Menge jedes Metallkatalysators verwendet wurde. Daher betrug die Katalysatorgesamtkonzentration 3,5 Millimol/kg, d.h. lag um 1,4 Millimol unter der Grenzmenge. Comparative Example 5 The above example was repeated using half the amount of each metal catalyst. Therefore, the total catalyst concentration was 3.5 millimoles / kg, i.e. was 1.4 millimoles below the limit.

Diese Mischung wurde wie im obigen Beispiel in Anwesenheit von Luft erhitzt. Es erfolgte überhaupt keine Sauerstoffabsorption, während die Mischung 160 Minuten auf 185 °C gehalten wurde, obgleich zweimal hintereinander tert.-Butylhydroperoxid zur Unterstützung des Reaktionsbeginnes zugefügt wurde. This mixture was heated in the presence of air as in the example above. There was no oxygen absorption at all while the mixture was held at 185 ° C for 160 minutes, although tert-butyl hydroperoxide was added twice in succession to help start the reaction.

Durch Vergleich mit den Ergebnissen des vorhergehenden Beispiels, in dem eine aktive und wesentliche Oxidation in Anwesenheit grosser Wassermangen erfolgt war, wird deutlich, dass eine solche Oxidation nur möglich ist, wenn, wie erfindungsgemäss angegeben, die richtige Katalysatormenge verwendet wird. By comparison with the results of the previous example, in which an active and substantial oxidation had taken place in the presence of large amounts of water, it becomes clear that such an oxidation is only possible if, as stated according to the invention, the correct amount of catalyst is used.

Vergleichsbeispiel 6 Beispiel 11 wurde wiederholt, wobei Benzoesäure für einen Teil der p-Toluylsäure eingesetzt wurde. Die Gesamtbeschickung war wie folgt: Comparative Example 6 Example 11 was repeated using benzoic acid for part of the p-toluic acid. The total feed was as follows:

p-Xylol 3,0 g p-Toluylsäure 44,5 g p-xylene 3.0 g p-toluic acid 44.5 g

Benzoesäure 93,9 g verschiedene oxygenierte Verbindungen 2,0 g Benzoic acid 93.9 g various oxygenated compounds 2.0 g

Wasser 156,6 g Water 156.6 g

Manganacetat 1,05 Millimol Manganese acetate 1.05 millimoles

Kobaltacetat 1,05 Millimol Cobalt acetate 1.05 millimoles

In diesem Beispiel war y = 26,59; gemäss Gleichung (1) s betrug die für eine Oxidation der obigen Mischung zu verwendende Katalysatormindestkonzentration 10,7 Millimol/ kg, d.h. um 3,7 Millimol mehr als tatsächlich anwesend waren. Wenn jedoch Benzoesäure dieselbe Wirkung wie p-Toluylsäure bei der Gewährleistung einer Oxidation in wäss-lo rigem Medium hätte, sollte dies bei der Berechnung von y und M berücksichtigt werden. In diesem Fall müsste y = (156,5/18j02)/(44,5/136,15 + 93,0/122,12) = 7,93 sein, d.h. es ergäbe sich derselbe Wert, wie er für y in Beispiel 11 berechnet wurde, wo eine aktive Oxidation erfolgte. 15 Die obige Mischung wurde unter den Bedingungen von Beispiel 11 auf 185 °C erhitzt, wobei wiederum etwas tert.-Butylhydroperoxid zur Unterstützung der Initiierung zugefügt wurde. Selbst nach fortgesetztem Erhitzen für 180 Minuten erfolgte jedoch keine merkliche Oxidation. Dies zeigt, 2o dass Benzoesäure mindestens nicht dieselbe Aktivität wie p-Toluylsäure zur Beschleunigung einer Oxidation in Anwesenheit von Wasser nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hat. In this example, y = 26.59; According to equation (1) s, the minimum catalyst concentration to be used for an oxidation of the above mixture was 10.7 millimoles / kg, i.e. 3.7 millimoles more than was actually present. However, if benzoic acid had the same effect as p-toluic acid in ensuring oxidation in an aqueous medium, this should be taken into account when calculating y and M. In this case, y = (156.5 / 18j02) / (44.5 / 136.15 + 93.0 / 122.12) = 7.93, i.e. the value would be the same as calculated for y in Example 11 where active oxidation occurred. 15 The above mixture was heated to 185 ° C under the conditions of Example 11, again adding some tertiary butyl hydroperoxide to aid initiation. However, even after continued heating for 180 minutes, there was no appreciable oxidation. This shows that benzoic acid does not have at least the same activity as p-toluic acid to accelerate oxidation in the presence of water by the method of the present invention.

25 Vergleichsbeispiel 7 25 Comparative Example 7

Beispiel 11 wurde wiederholt, wobei Essigsäure für einen Teil der p-Toluylsäure eingesetzt wurde. Die Beschickung war wie folgt: Example 11 was repeated using acetic acid for part of the p-toluic acid. The feed was as follows:

p-Xylol 3,0 g p-xylene 3.0 g

3o p-Toluylsäure 52,7 g 3o p-toluic acid 52.7 g

Essigsäure 55,2 g verschiedene oxygenierte Verbindungen 1,3 g Acetic acid 55.2 g various oxygenated compounds 1.3 g

Wasser 187,8 g Water 187.8 g

35 Manganacetat 1,05 Millimol 35 manganese acetate 1.05 millimoles

Kobaltacetat 1,05 Millimol Cobalt acetate 1.05 millimoles

In diesem Beispiel war y = 26,92, so dass M = 10,8 war, d.h. etwa gleich wie im vorigen Vergleichsbeispiel. Wenn wiederum Essigsäure hier dieselbe beschleunigende Wirkung 40 wie p-T oluylsäure für die Oxidation in wässrigem Medium hätte, müsste dies zur Berechnung von y und M berücksichtigt werden. In diesem Fall wäre dann y = (187,2/18,02)/ (52,7/136,15 + 55,2/60,05 = 7,95, d.h. genau wie in Beispiel 11. In this example, y = 26.92, so M = 10.8, i.e. about the same as in the previous comparative example. If, in turn, acetic acid had the same accelerating effect 40 as p-toluic acid for oxidation in an aqueous medium, this would have to be taken into account when calculating y and M. In this case, y = (187.2 / 18.02) / (52.7 / 136.15 + 55.2 / 60.05 = 7.95), i.e. exactly as in Example 11.

45 Die obige Mischung wurde unter den Bedingungen von Beispiel 11 auf 185 °C erhitzt und wiederum wurde etwas tert.-Butylhydroperoxid zur Unterstützung der Initiierung zugegeben. Nach 300 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption nur 3,81. Dies zeigt erneut, dass die begün-50 stigende Wirkung der p-Toluylsäure gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren von anderen Carbonsäuren nicht gezeigt und somit für p-Toluylsäure spezifisch ist. 45 The above mixture was heated to 185 ° C under the conditions of Example 11 and again some tertiary butyl hydroperoxide was added to aid initiation. After 300 minutes of reaction, the oxygen absorption was only 3.81. This again shows that the beneficial effect of p-toluic acid according to the process of the invention is not shown by other carboxylic acids and is therefore specific for p-toluic acid.

55 55

60 60

Beispiel 12 In den obigen Autoklav wurde eingeführt: Example 12 In the above autoclave was introduced:

p-Xylol 6,0 g p-Toluylsäure 183,3 g verschiedene oxygenierte Derivate 5,7 g p-xylene 6.0 g p-toluic acid 183.3 g various oxygenated derivatives 5.7 g

Wasser 105,0 g Water 105.0 g

Manganacetat 1,80 Millimol Manganese acetate 1.80 millimoles

Hier war y = 4,33 und, da Mangan als einziger Katalysator verwendet wurde, x = 1,00. Gemäss Gleichung (1) betrug die zu verwendende Manganmindestkonzentration in 65 diesem Fall M = 3,6 Millimol/kg. Tatsächlich lag sie bei 6,0 Millimol/kg und war somit gut über der Grenzmenge. Here y = 4.33 and, since manganese was used as the only catalyst, x = 1.00. According to equation (1), the minimum manganese concentration to be used in this case was M = 3.6 millimoles / kg. In fact, it was 6.0 millimoles / kg, well above the limit.

Diese Mischung wurde in Anwesenheit von Luft unter den Bedingungen von Beispiel 11 erhitzt, wobei jedoch die This mixture was heated in the presence of air under the conditions of Example 11, but the

Temperatur auf 170 °C anstelle von 185 C gehalten wurde. Nach 305 Minuten Reaktion betrug die Sauerstoffabsorption 21,21. Nach Behandlung und Analyse der Reaktionsmischung wie in den obigen Beispielen wurde gefunden, dass etwa 96% des eingeführten p-Xylols und 29,9% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: Temperature was kept at 170 ° C instead of 185 ° C. After 305 minutes of reaction, the oxygen absorption was 21.21. After treatment and analysis of the reaction mixture as in the above examples, it was found that about 96% of the introduced p-xylene and 29.9% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 44,8 g Terephthalic acid 44.8 g

4-Carboxybenzaldehyd 14,2 g andere Zwischenprodukte 0,9 g schwere Nebenprodukte 1,2 g 4-carboxybenzaldehyde 14.2 g other intermediates 0.9 g heavy by-products 1.2 g

Vergleichsbeispiel 8 Dieselben Mengen an Verbindungen wie im vorigen Beispiel wurden in den Reaktor eingeführt, wobei jedoch nur 0,60 Millimol Manganacetat als Katalysator verwendet wurde. Daher war die Katalysatorkonzentration in der Mischung 2,0 Millimol/kg, d.h. um 1,6 Millimol niedriger als die Grenzmenge. Daher erfolgte nach 60 Minuten langem Erhitzen der Mischung in Anwesenheit von Luft unter den Bedingungen des vorigen Beispiels keine Sauerstoffabsorption, selbst nach Zugabe von tert.-Butylhydroperoxid zur Unterstützung der Initiierung. Comparative Example 8 The same amounts of compounds as in the previous example were introduced into the reactor using only 0.60 millimoles of manganese acetate as the catalyst. Therefore the catalyst concentration in the mixture was 2.0 millimoles / kg, i.e. 1.6 millimoles lower than the limit. Therefore, after heating the mixture for 60 minutes in the presence of air under the conditions of the previous example, there was no oxygen absorption even after adding tert-butyl hydroperoxide to aid initiation.

Beispiel 13 Example 13

Der obige Autoklav wurde mit den folgenden Materialien beschickt: The above autoclave was loaded with the following materials:

p-Xylol 6,9 g p-Toluylsäure 218,3 g verschiedene oxygenierte Derivate 2,2 g p-xylene 6.9 g p-toluic acid 218.3 g various oxygenated derivatives 2.2 g

Wasser 73,5 g Water 73.5 g

Kobaltacetat 3,48 Millimol Cobalt acetate 3.48 millimoles

In diesem Beispiel wurde Kobalt als einziger Katalysator verwendet, daher war x = 0, während y = 2,54 war. Gemäss Gleichung (1) betrug die zu verwendende Kobaltmin642 343 In this example, cobalt was used as the only catalyst, so x was 0 while y was 2.54. According to equation (1), the cobalt min642 to be used was 343

destkonzentration in diesem Fall M = 7,0 Millimol/kg. Tatsächlich war Kobalt in einer Konzentration von 11,6 Millimol/kg anwesend. minimum concentration in this case M = 7.0 millimoles / kg. In fact, cobalt was present at a concentration of 11.6 millimoles / kg.

Luft wurde mit einer Fliessgeschwindigkeit von 901/Std. s unter einem Druck von 2 000 000 Pa in den Reaktor eingeführt und die Mischung auf 170 °C erhitzt. Während des Erhitzens begann die Reaktion spontan und wurde 240 Minuten fortgesetzt. Am Ende der Reaktion betrug der absorbierte Sauerstoff 29,81. Nach Behandlung und Analyse io der Reaktionsmischung wie in Beispiel 1 wurde festgestellt, dass 89,3% des eingeführten p-Xylols und 37,0% der eingeführten p-Toluylsäure in die folgenden Produkte umgewandelt waren: Air was at a flow rate of 901 / hour. s introduced into the reactor at a pressure of 2,000,000 Pa and the mixture heated to 170 ° C. During the heating the reaction started spontaneously and continued for 240 minutes. At the end of the reaction, the oxygen absorbed was 29.81. After treatment and analysis of the reaction mixture as in Example 1, it was found that 89.3% of the introduced p-xylene and 37.0% of the introduced p-toluic acid had been converted into the following products:

Terephthalsäure 81,5g Terephthalic acid 81.5g

15 4-Carboxybenzaldehyd 6,8 g andere Zwischenprodukte 1,2 g schwere Nebenprodukte 3,0 g 15 4-carboxybenzaldehyde 6.8 g other intermediates 1.2 g heavy by-products 3.0 g

Vergleichsbeispiel 9 20 Es wurden dieselben Mengen an Verbindungen wie im vorigen Beispiel in den Reaktor eingeführt, wobei jedoch nur 0,90 Millimol Kobaltacetat als Katalysator verwendet wurden. Daher betrug dessen Konzentration in der Mischung 3,0 Millimol/kg, d.h. lag um 4,0 Millimol unter der Grenz-25 menge. Daher erfolgte nach 240 Minuten langem Erhitzen dieser Mischung in Anwesenheit von Luft unter den Bedingungen des vorigen Beispiels, selbst nach wiederholter tert.-Butylhydroperoxidzugabe, keine Sauerstoffabsorption. Comparative Example 9 20 The same amounts of compounds as in the previous example were introduced into the reactor, but only 0.90 millimoles of cobalt acetate were used as the catalyst. Therefore, its concentration in the mixture was 3.0 millimoles / kg, i.e. was 4.0 millimoles below the limit of 25. Therefore, after heating this mixture for 240 minutes in the presence of air under the conditions of the previous example, even after repeated addition of tert-butyl hydroperoxide, there was no oxygen absorption.

Selbstverständlich können im erfindungsgemässen Ver-30 fahren die dem Fachmann geläufigen Abänderungen durchgeführt werden. So kann erfindungsgemäss der Reaktionsmischung z. B. eine oder mehrere äusserliche, in anderen Verfahren als Aktivatoren verwendete Verbindungen, wie Aldehyde oder Ketone oder sogar bromhaltige Verbindun-35 gen, zugefügt werden. Diese Zusätze können z. B. für die Reaktionsgeschwindigkeit günstig sein. Of course, in the process according to the invention, the modifications familiar to the person skilled in the art can be carried out. According to the invention, the reaction mixture can, for. B. one or more external compounds used in other processes as activators, such as aldehydes or ketones or even bromine-containing compounds, can be added. These additives can e.g. B. be favorable for the reaction rate.

13 13

s s

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (11)

642 343 642 343 PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Terephthalsäure, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine praktisch homogene, flüssige Reaktionsmischung aus PATENT CLAIMS 1. Process for the preparation of terephthalic acid, characterized in that a) a practically homogeneous, liquid reaction mixture - mindestens einem oxidierbaren Terephthalsäurevor-läufer aus der Gruppe von p-Toluylsäure und Mischungen derselben mit einer oxidierbaren Verbindung aus der Gruppe von p-Xylol, teilweise oxidierten p-Xylolderivaten und deren Mischungen; - At least one oxidizable terephthalic acid precursor from the group of p-toluic acid and mixtures thereof with an oxidizable compound from the group of p-xylene, partially oxidized p-xylene derivatives and mixtures thereof; - einer zur Erzielung einer bearbeitbaren Aufschläm-mung ausreichenden Menge von mindestens 5 Gew.-% Wasser; - A sufficient amount of at least 5% by weight of water to achieve a workable slurry; - einer Menge eines Oxidationskatalysators aus mindestens einer katalytisch aktiven Metallverbindung aus der Gruppe von Mangan- und Kobaltverbindungen und deren Mischungen, die mindestens zur Schaffung einer Mindestmenge von M Millimol der katalytisch aktiven Metallverbindung pro kg flüssiger Reaktionsmischung ausreicht, wobei M durch die folgende Gleichung (1) definiert wird: an amount of an oxidation catalyst composed of at least one catalytically active metal compound from the group of manganese and cobalt compounds and their mixtures, which is sufficient to create at least a minimum amount of M millimoles of the catalytically active metal compound per kg of liquid reaction mixture, where M is represented by the following equation (1 ) is defined: M = M = y (x+A)+Bx C x+D y (x + A) + Bx C x + D (1) (1) in welcher y = molares Verhältnis von Wasser/p-Toluylsäure in der Reaktionsmischung x = molares Verhältnis von Mangan zur Gesamtmenge aus Mangan und Kobalt im Katalysatorpräparat A zumindest annähernd gleich 0,200 B zumindest annähernd gleich 10,9 C zumindest annähernd gleich 4,35 D zumindest annähernd gleich 0,0724 mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas bei einer Reaktionstemperatur von 140 bis 220 °C und einem ausreichenden Druck, um mindestens einen Teil des Wassers bei der Reaktionstemperatur in flüssiger Phase zu halten, oxi-diert wird und b) eine oxidierte, die Terephthalsäure enthaltende Mischung gewonnen wird. in which y = molar ratio of water / p-toluic acid in the reaction mixture x = molar ratio of manganese to the total amount of manganese and cobalt in the catalyst preparation A is at least approximately equal to 0.200 B at least approximately equal to 10.9 C at least approximately equal to 4.35 D at least approximately equal to 0.0724 with a molecular oxygen-containing gas at a reaction temperature of 140 to 220 ° C and a sufficient pressure to keep at least part of the water at the reaction temperature in the liquid phase is oxidized and b) an oxidized, the mixture containing terephthalic acid is obtained. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 2. The method according to claim 1, characterized in that A = 0,200 ± 0,031 B = 10,9 ± 1,3 C = 4,35 ±0,17 und D = 0,0724 ± 0,0117 ist. A = 0.200 ± 0.031 B = 10.9 ± 1.3 C = 4.35 ± 0.17 and D = 0.0724 ± 0.0117. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassermenge in der flüssigen Reaktionsmischung 5 bis 80 Gew.-% der letzteren ausmacht. 3. The method according to claim 1, characterized in that the amount of water in the liquid reaction mixture makes up 5 to 80 wt .-% of the latter. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, s dass die Wassermenge in der flüssigen Reaktionsmischung 4. The method according to claim 3, characterized in that the amount of water in the liquid reaction mixture 10 bis 75 Gew.-% der Reaktionsmischung ausmacht. Makes up 10 to 75 wt .-% of the reaction mixture. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassermenge in der flüssigen Reaktionsmischung 10 bis 60 Gew.-% der Reaktionsmischung ausmacht. 5. The method according to claim 3, characterized in that the amount of water in the liquid reaction mixture makes up 10 to 60 wt .-% of the reaction mixture. io 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmischung noch 0 bis 100%, bezogen auf die Wassermenge, eines inerten organischen Lösungsmittels enthält. 6. The method according to claim 1, characterized in that the reaction mixture still contains 0 to 100%, based on the amount of water, of an inert organic solvent. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, i5 dass das organische Lösungsmittel Essigsäure ist. 7. The method according to claim 6, characterized in that the organic solvent is acetic acid. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur zwischen 150 bis 190 °C liegt. 8. The method according to claim 1, characterized in that the reaction temperature is between 150 to 190 ° C. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsdruck 500 000 bis 4 000 000 Pa beträgt. 9. The method according to claim 1, characterized in that the reaction pressure is 500,000 to 4,000,000 Pa. 20 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Oxidationskatalysators ausreicht, eine Menge katalytisch aktiver Verbindungen zwischen der in Anspruch 1 definierten Mindestmenge und 40 Millimol pro kg Reaktionsmischung zu liefern. 10. The method according to claim 1, characterized in that the amount of the oxidation catalyst is sufficient to provide an amount of catalytically active compounds between the minimum amount defined in claim 1 and 40 millimoles per kg of reaction mixture. 25 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Oxydationskatalysators ausreicht, eine Menge katalytisch aktiver Verbindungen zwischen der in Anspruch 1 definierten Mindestmenge und 30 Millimol pro kg Reaktionsmischung zu liefern. 11. The method according to claim 1, characterized in that the amount of the oxidation catalyst is sufficient to provide an amount of catalytically active compounds between the minimum amount defined in claim 1 and 30 millimoles per kg of reaction mixture. 30 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus einer Mischung einer Mangan-und einer Kobaltverbindung besteht. 30 12. The method according to claim 1, characterized in that the catalyst consists of a mixture of a manganese and a cobalt compound. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich-35 net, dass x 0,1 bis 0,9 ist. 13. The method according to claim 12, characterized in that x is 0.1 to 0.9. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Metallverbindung ein Metallsalz einer Carbonsäure ist. 14. The method according to claim 1, characterized in that the catalytically active metal compound is a metal salt of a carboxylic acid. 40 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine weitere Verbindung eines Metalles aus der Gruppe von Nickel, Blei und Cerium enthält. 15. The method according to claim 1, characterized in that the catalyst contains a further compound of a metal from the group of nickel, lead and cerium. 16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis von p-Toluylsäure zu p-Xy-45 loi zwischen 3 bis 15 liegt. 16. The method according to claim 1, characterized in that the molar ratio of p-toluic acid to p-Xy-45 loi is between 3 to 15.
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