CS198150B2

CS198150B2 - Method for the isolation of crystalline terephthalic acid as a product with p-toluyl acid content up to 150 ppm from liquid water solutions

Info

Publication number: CS198150B2
Application number: CS745779A
Authority: CS
Inventors: Jay A Fisher
Original assignee: Standard Oil Co; Corp Of The State Of Indiana
Priority date: 1973-08-20
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1980-05-30
Also published as: JPS5049248A; JPS5324057B2; NL7409866A; US3931305A; EG11555A; YU224174A; DD115109A5; BE818228A; GB1476436A; RO66116A; FR2241529B1; CA1019342A; HU180065B; PL100195B1; DE2437846A1; IT1018896B; DE2437846C2; ES429400A1; IN142341B; BR7406531D0

Description

Předmětem tohoto vynálezu je způsob isolace kyseliny tereftalové jako produktu s nejvyšším obsahem kyseliny p-toluylové do 150 ppm z kapalných roztoků.

Běžná surová kyselina tereftalová obsahuje 800 až 7000 hmot, ppm 4-karboxybenzaldehydu. 200 až 1500 ppm kyselmy p-toluylové jako hlavní nečistoty, a některé kyseliny tereftalové obsahují menší množství v rozmezí 200 až 20 ppm žlutě zbarvených aromatických sloučenin se strukturou benzilu, fluorenonu nebo· anthrachinonu, což isou charakteristicky žlutě zbarvené sloučeniny vznikající zdvojením molekuly vedlejšími reakcemi během oxidace p-xylenu.

V americkém patentu č. 3 584 039 se popisuje snadno proveditelný a obchodně způsobilý postup čištění takových produktů typu surové kyseliny tereftalové, a to působením vodíku na roztoky kyseliny tereftalové v kapalné fázi ve vadě za teploty 200 až 374 °C a za přítomnosti pevného· hydrogenačního katalyzátoru, například kovového paládía na uhlíkovém podkladu s následující krystalisací kyseliny tereftalové z roztoku, prostého katalyzátoru, za teploty v rozmezí 50 až 150 °C. Katalytickou hydrogenací přechází 4-karboxybenzaldehyd na kyselinu p-toluylovou a odbarvuje se kyselina tereftalová.

Britský patent č. 1 152 575 je zaměřen na rozvinutí předchozího postupu pra obchodní využití tím, že popisuje zlepšené způsoby provedení celého postupu od stupně rozpuštění surové kyseliny tereftalové až po stupeň krystalování kyseliny tereftalové z vodného roztoku po provedené hyďrogenac>. Se zřetelem na uvedenou krystalisací se popisuje v citovaném britském patentu využití odpařování rozpouštědla k dosažení ochlazení, nutného k vysrážení krystalické kyseliny tereftalové, ale varuje před prováděním takového chlazení odpařováním pomocí nárazového vychlazení roztoku, jak by k tomu došlo při okamžitém prudkém odpaření rozpouštědla, protože při takovém nárazovém ochlazení se kopreci pilují rozpuštěné nečistoty znečisťující kyselinu tereftalovou jako produkt. Pro znemožnění znečišťujícího' efektu takového nárazového ochlazení doporučuje britský patent řídit chlazení odpařováním proti rovnovážnému zpětnému tlaku, například odváděním vodní páry za rovnovážného tlaku. To je ve skutečnosti řízený způsob chlazení odpařováním.

Krystalisace chlazením při řízené rychlosti odpařování se používá podle výše uvedeného britského patentu pro nepřerušovanou krystalisací, prováděnou ve třech stup198150 nich spojených do série, to za podmínek, popisovaných k dosažení poklesu teploty počátečního roztoku o 150 °C během 3,4 hodin, ' totiž z původní teploty 280 °C na 130 °C. Tímto- postupem provádění zmíněné krýstalisace se dosáhne průměrná rychlost chlazení 0,8 °C za minutu, což je nejen rychlost neúměrně pomalá, ale při ' použití pro vodný roztok kyseliny tereftalové - s obsahem 2 400 ppm kyseliny p-toluylové se rovněž získá jako produkt kyselina tereftalová s obsahem 1 200 ppm kyseliny p-toluylové. Takový produkt není přímo použitelný pro přímé reakce s ethylenglykolem při výrobě polyesterových vláken.

V americkém patentu č. 3 452 088 se opakuje varování před nárazovým chlazením a popisuje se další zlepšení pro ' postup nepřerušovaného chlazení za řízení rychlosti odpařování, jak se dá použít pro krystalizaci kyseliny tereftalové z vodných roztoků, obsahujících rovněž ’ rozpuštěnou kyselinu p-toluylovou. Zlepšení záleží v omezení konečné teploty při krystalisacl a/nebo teploty při oddělování krystalického· produktu na teplotní rozmezí 120 až 150 °C k znemožnění znečišťování krystalující kyseliny tereftalové kyselinou p-toluylovou. Za využití takové konečné teploty při krystalisaci a/ /nebo dělení produktu za teploty 120 až 150 · °C se může získat kyselina tereftalová, a obvykle se získává obchodně s obsahem 150 ppm a méně kyseliny p-toluylové za použití přívodního roztoku, obsahujícího 6000 až 500 ppm kyseliny p-toluylové za poněkud větší rychlosti chlazení 2 až 2,5 °C za minutu. Ale také vyšší řízená rychlost postupu odpařování nezajišťuje vhodný základ pro postupování za ještě rychlejší krystalisace prudkým odpařením k překonání problémů, spojených se znečištěním kyselinou p-toluylovou, · což je · problém zmíněný jak v americkém tak i britském patentu.

Krystalisace · prudkým odpařením rozpouštědla · · je - obecně · již dlouho· známa, a využívá · s výhodou v podstatě okamžitý pokles jak · teploty, ' · tak i tlaku v podstatě s okamžitým odpařením rozpouštědla, jak se horký · roztok rozpuštěné látky vpraví do krystalisačního zařízení, kde se pracuje za nižší teploty a tlaku. S výhodou prudce zplyněná část · kapalného· rozpouštědla, vypuzená do plynné fáze, dovoluje · rychlé odstranění par rozpouštědla. Jak krystalisace, tak i růst krystalů proběhnou rychle za chlazení a koncentrování, jež je způsobeno prudkým odpařením, roztoku za přechodu na nižší teplotu. Růst krystalů je tím lepší, čím nižší · je teplota, a není závislý na době prodlení. Velikost krystalů v krystalisačním zařízení, kde se rozpouštědlo prudce odpaří, se může zlepšit cirkulováním suspense krystalů v dolní části krystalisačního zařízení. Například jednou z možností pro docílení takové cirkulace v míchaném krystalisačním pásmu je odebrání části suspense z oblasti blízké povrchu míchané suspenze s tím, že se odebraný díl · suspense zavádí například čerpáním otvorem ve dnu do míchané suspense.

Avšak použití prudkého odpaření rozpouštědla vyvolá krystalisaci kyseliny tereftalové · z vodného roztoku, obsahujícího rovněž rozpuštěnou kyselinu p-toluylovou v množství 500 až 6000 ppm, přepočteno na kyselinu tereftalovou, a to může vést bez vhodného postupu k znečištění produktu kyselinou · p-toluylovou, jak je uvedeno v britském patentu a ještě obecněji v pozdějším americkém patentu. Podobný jev znečistění je poněkud anomální, protože navzdory skutečnosti, že se zadrží více než dostatek vody k zabránění nasycení nebo přesycení se zřetelem na kyselinu p-toluylovou, presto se vylučuje kyselina p-toluylová z roztoku. V uvedeném americkém- patentu se uvádí, že jev znečistění je v · určitém směru závislý na rychlosti krystalisace, a na konečné teplotě krystalizace i oddělování produktu, a nejen na koncentraci kyseliny · p-toluylové v roztoku.

Z grafického záznamu nasycení a přesycení kyseliny tereftalové (koncentrace kyseliny tereftalové proti teplotě), jakož i se zřetelem na řešení postupu podle zkušeností ze zmíněných britských a amerických patentů lze odvodit řešení postupu nepřerušované krystalisace kyseliny tereftalové za použití určitého počtu krystalisačních stupňů v sérii, přičemž se v každém stupni pracuje za nižší teploty, než jak jo tomu v předchozím stupni, a má pro hladký průběh postupu., který se blíží krystalisaci po· dávkách, teplotní profil sledující v podstatě křivku nasycení kyseliny tereftalové. Takový kontinuální způsob krystalisace by měl nejméně 40 krystalisačních stupňů v závislosti na rychlosti. Avšak protože počet stupňů a doba prodlení jsou nákladné, nebyl by takový kontinuální postup krystalisace · ekonomicky zajímavý a schopný použití v provozu.

Nyní · byl nalezen a popisuje se způsob výroby kyseliny tereftalové s obsahem 150 · hmot, ppm či méně kyseliny · toluylové, tj. kyseliny tereftalové odpovídající kvalitou potřebě pro vlákno, který se dá použít na roztoky kyseliny tereftalové ve vodě s obsahem 500 až 6000 hmot, ppm kyseliny p-toluylové, · a s výhodou se dá · využít pro · v podstatě okamžité - vykrystalování poměrných podílů rozpuštěné kyseliny · tereftalové v malém počtu, a to nejméně dvou míchaných krystalisačních pásem, zapojených do série.

Předmětem vynálezu je tedy · způsob isolace krystalické kyseliny tereftalové jako produktu s nejvyšším obsahem kyseliny p-toluylové do 150 ppm z kapalných vodných roztoků, nasycených · v podstatě kyselinou tereftalovou s obsahem 500 až 6000 ppm kyseliny toluylové za teploty 205 až^ 288 °C nepřerušovanou krystalisaci kyseliny tereftalové za současného· chlazení, dosahova ného prudkým odpařením vody v alespoň dvou pásmech, v nichž ss odpařuje za stálého míchání rozpouštědlo, přičemž tato pásma o teplotě nižší než svrchu uvedené¹rozmezí 205 až 288 °C a ' každé další pásmo má teplotu vždy nižší, načež se krystalický produkt izoluje ze suspenze, která je výstupním produktem z posledního pásma, který se provádí tak, že se použije 2 až 8 propojených pásem, v nichž se teplota stupňovitě snižuje a voda se odpařuje za jejího současného odstraňování, přičemž poměr krystalické kyseliny tvořící se v každém pásmu k množství této kyseliny v přiváděném roztoku, se sleduje od teploty 182 °C a v každém, pásmu s teplotou v rozmezí 182 až 160 °C se bez ohledu na množství kyseliny tereftalové, vysrážené při teplotě nad 182 °C voda odpařuje, přičemž teplota odpařování vody se udržuje na hodnotě, odpovídající postupnému dosažení v každém dalším pásmu vždy nižšího poměru vysrážené kyseliny tereftalové k množství této kyseliny v přiváděném roztoku, načež se výsledný produk izoluje při teplotě 100 až 150 °C, odpovídající teplotě posledního pásma.

Postup se s ' výhodou provádí ve 3 až 6 pásmech, přičemž v prvních dvou pásmech se nechá krystalovat v každém z nich stejné ’ množství krystalické kyseliny tereftalové a celkové množství kyseliny, vykrystalizované v prvních dvou pásmech činí 75 až 95 hmotnostních o/0 celkového množství této kyseliny, přiváděného do prvního pásma a zbývajících 5 až 25 hmotnostních % rozpuštěné kyseliny tereftalové se vysráži ve formě krystalického produktu v postupně se snižujících množstvích ve zbývajících pásmech.

Lze také postupovat tak, že se způsob provádí ve 3 až , 6 propojených pásmech za stálého míchání, přičemž teploty v každém z těchto pásem se stanoví vydělením ' rozdílu mezi počáteční teplotu 205 až 288 °C a konečnou teplotou 150 až 100 °C počtem těchto pásem.

Volba správného a účinného počtu míchaných krystalisačních pásem spojených do série s použitím prudkého· vypařování vody je v závislosti na koncentraci kyseliny p-toluylové v kyselině tereftalové a nikoli na koncentraci kyseliny p-toluylové v roztoku přiváděném do kteréhokoli z pásem, a protože krystalisace každého poměrného množství kyseliny tereftalové je v podstatě okamžitá, není závislá v žádném případě na postupu, zvoleném k docílení krystalisace kyseliny tereftalové.

V případě původně rozpuštěné kyseliny tereftalové z obsahem 500 až 6000 hmot, ppm kyseliny p-toluylové nepřestoupí obecně počet odpařováků pro prudké odpaření rozpouštědla v sérii celkem 8 krystalisačních a míchaných pásem. Například 2 taková pásma dostačují pro obsah 500 až · 1000 ppm kyseliny o-toluylové, 3 jsou dostačují cí pro 500 až 2500 ppm kyseliny p-toluylové, 4 pro 1500 až 4000 · ppm kyseliny p-tolulové a 5 až 8 dostačuje pro obsah 2000 až 6000 ppm kyseliny p-toluylové, přepočteno na původní obsah kyseliny tereftalové v roztoku. Avšak tyto počty pásem, spojených s koncentrací kyseliny p-toluylové v závislosti na kyselině tereftalové, znamenají netoliko· počet, který se dá s úspěchem použít, protože, jak bude ještě dále dokázáno, kyselina tereftalové s kvalitou vhodnou pro vlákna, tj. s obsahem nejvýše 150 ppm kyseliny p-toluylové, se d.á isolovat za použití 3 až 6 krystalisačních a , míchaných pásem, činí-li obsah kyseliny p-toluylové v kyselině tereftalové 1500 až 6000 ppm. Pro obsah 1500 až 6000 ppm kyseliny p-toluylové v kyselině tereftalové je výhodné použít 3 až 6 pásem prudkého odpaření rozpouštědla. Je rovněž výhodné z hlediska nákladů na základní investice pro obchodní využití postupu podle tohoto vynálezu při kontinuálním způsobu používat 2 až · 6 pásem prudkého odpaření rozpouštědla pro· počáteční koncentraci kyseliny toluylové v rozmezí 500 až 6000 hmot, ppm v kyselině tereftalové.

Při každém přívodu z 2 až 8, s výhodou 3 až · 6 pásem prudkého odpaření rozpouštědla se každé poměrné a odpařené množství z původní vody nevrací zpět do žádného · ze stupňů postupu. Volba pracovní teploty pro každé prudké odpaření rozpouštědla v sérii 2 až 8, s výhodou 3 až 6 míchaných krystalisačních pásem se , může správně vyhodnotit z grafické závislosti koncentrace nasycení kyseliny tereftalové proti teplotě tak, že teplotní profil celého postupu sleduje uvedený graf. Příklady, které jsou dále připojeny pro bližší ozřejmění, obsahují řadu takových teplotních profilů, za kterých lze pracovat k dosažení stejných výsledků, nebo které mohou sloužit jako vodítko pro volbu různých teplotních profilů při práci s roztoky, kde se koncentrace kyseliny p-toluylové liší od oněch, které jsou doloženy, ale spadají do rozmezí 500 až 6000 hmot, ppm, přepočteno na kyselinu tereftalovou.

Tento· postup podle předloženého vynálezu, týkající se nepřerušovaného způsobu krystalisace kyseliny tereftalové, je s překvapením použitelný z hlediska prudkého odpaření rozpouštědla, ale zakládá se rovněž na zjištění, že znečištění kyseliny tereftalové jako konečného produktu vylučováním kyseliny p-toluylové z roztoku, který není uvedenou látkou nasycen, je jev závislý spíše na teplotě než na rychlosti chlazení. Použití zmíněného objevu, totiž jevu závislosti na teplotě při postupu podle tohoto vynálezu neznamená, že volba teplotního profilu pro práci podle takového postupu je omezena, jedinou kritickou konečnou krystalisační teplotou, nad níž se již kyselina p-toluylová nevylučuje z roztoku, nenasyceného kyselinou p-toluylovou, na · produkt, což by omezovalo pružnost postupu podle tohoto vynálezu při nepřerušovaném způsobu. Jak bude ještě dále dokázáno v ilustrativním příkladu, určité množství kyseliny p-toluylové se z roztoku vylučuje každým poměrným množstvím vykrystalovavší kyseliny tereftalová. Ale ani to neznamená žádné podstatné omezení pružnosti postupu podle tohoto vynálezu.

V podstatě úplná pružnost postupu podle tohoto vynálezu je možná se zřetelem na počáteční vodný roztok jako přívod, totiž na obsah nejen rozpuštěné kyseliny tereftalové a obsah kyseliny p-toluylové v rozmezí 500 až 6000 hmot, ppm, ale rovněž se zřetelem na počet míchaných krystalisačních pásem a i konečnou kvalitu kyseliny tereftalové jako produktu. Zpětné vylučování kyseliny p-toluylové z roztoku, a to v závislosti na teplotě, nabude na důležitosti po dosažení teploty v rozmezí 180 až 160 °C. Podíly vykrystalovavší kyseliny tereftalová z množství původně rozpuštěného mohou být v každém takovém pásmu podstatné až do dosažení teploty v rozmezí 180 až 160 °C, a proto je každý vykrystalovavší podíl z původně rozpuštěné kyseliny tereftalová progresivně menší. Ale žádný z takových menších podílů není omezen na kriticky omezující jedinou frakci z původně rozpuštěné kyseliny tereftalová. I se zřetelem na tento jev závislosti na teplotě a nutnost snížit podíl kyseliny tereftalové, vykrystalovavší pod uvedeným teplotním rozmezím 180 až 160 °C, kdežto rozmezí svědčí spíše pro pružnost než pro nepružnost postupu, budou dostačovat doložené postupy provádění způsobu podle tohoto vynálezu jako vodítko pro volbu počtu krystalisačních pásem, jakož i pro zvolení podílu kyseliny tereftalová, který má vykrystalovat v každém pásmu pod uvedeným teplotním rozmezím.

Obecně záleží klíčový faktor pro volbu teplotního profilu pro krystalisační pásma 180 až 160 °C a níže ve volbě teploty v každém pásmu tak, že podíl vykrystalovavší kyseliny tereftalová v každém stupni je progresivně menší ve srovnání s podílem v předcházejícím pásmu. Tím se nejen sníží na minimum podíl kyseliny tereftalová, jež vykrystaluje pod teplotním rozmezím 170 až 160 °C, ale rovněž se i omezí znečisťování kyselinou p-toluylovou.

Příklady provedení

V dalších 3 postupech je názorně poukázáno se zřetelem na prudké odpaření rozpouštědla a současně v podstatě okamžité vysrážení krystalů kyseliny tereftalové, že koncept kontroly konečné teploty krystalisace a oddělování produktu za teploty 250 až 300 °C, nebo koncept kontrolované rychlosti krystalisace kyseliny tereftalové není použitelný s přihlédnutím к omezení znečištění získané kyseliny tereftalové jako produktu kyselinou p-toluylovou.

Srovnávací příklad 1

Vodný roztok s obsahem 20 % hmot, kyseliny tereftalové (10,05 kg kyseliny tereftalové na 45 kg vody) a 2500 ppm kyseliny p-toluylové, přepočteno na kyselinu tereftalovou, se použije za teploty 270 °C a tlaku 5,6 MPa jako přívod do míchaného krystalisačního pásma, kde se pracuje za teploty 150 ^CC a tlaku 0,45 MPa. Roztok se vede kontinuálně do uvedeného pásma průtokovým regulátorem bezprostředně u přívodu do krystalisačního zařízení. Pára, vzniklá prudkým odpařením vody z teploty 270 na 150 °C, se vypouští z krystalisačního zařízení, a po kondensování není к potřebě.

Vzniklá suspense krystalů kyseliny tereftalové se odstředí za teploty 150 °C a za tlaku 0_?45 MPa. Pevná a krystalická kyselina tereftalová se vysuší. Bylo nalezeno, že vysušená kyselina tereftalová jako produkt z takového postupu obsahuje asi 1200 hmot, ppm kyseliny p-toluylové.

Srovnávací příklad 2

Opakuje se výše uvedený postup s tím, že obsah kyseliny p-toluylové v přepočtu na rozpuštěnou kyselinu tereftalovou činí 500 hmot. ppm. Isolovaná suchá kyselina tereftalová jako produkt, připravovaná postupem podle tohoto srovnávacího příkladu, obsahuje asi 250 hmot, ppm kyseliny p-toluylové.

Srovnávací příklad 3

Kyselina tereftalová, obsahující 2500 ppm kyseliny p-toluylové, se -rozpustí ve vodě teploty 280 °C za tlaku 6 MFa za vzniku roztoku obsahujícího 10,05 kg kyseliny tereftalové na 45 kg vody. Čtyři míchaná krystalisační pásma se zapojí do série pro nepřerušovaný postup. Teplotní profil se volí tak, že v každém z takových pásem vykrystaluje v podstatě stejný podíl původně rozpuštěné kyseliny tereftalové. Použité teploty a tlaky v jednotlivých pásmech jsou

260 °C a 4,723 MPa

250 °C a 4,065 MPa

240 °C a 3,13 MPa a

150 °C a 0,47 MPa.

Roztok se vede do zařízení tak, že do prvého pásma se dostává za hodinu 45 kg kyseliny tereftalové. Množství vodní páry, jež vzniká za hodinu v každém z pásem, činí

14,166 kg

8,71 kg

10,395 kg a

31,828 kg.

Odpovídající množství kyseliny tereftalo198150 vé, . .jak se získají v hodinových intervalech v jednotlivých · stupních, jsou

12,766 kg

11,253 kg

10,426 kg

10,282 kg.

Suspense ze čtvrtého pásma odtéká rychlostí 160,02 kg za hodinu a obsahuje 44,82 kilogramů suspendovaných pevných podílů a 115,20 kg vodného matečného louhu. Tato suspense se odstředí za teploty 150 °C a za tlaku 0,469 MPa. Kyselina tereftalová, jak se získá filtrací a . sušením při takovém postupu, . obsahuje asi 4.20 ppm kyseliny p-toluylové.

Při výše uvedeném postupu se používá odpovídající počet . krystalisačních pásem, jak je doloženo dále v příkladech 1 a 3, kdy konečná teplota krystalisace a teplota při dělení vyhovují požadavkům podle předchozích zkušeností, a teplotní profil je logicky převzat z jevů .podle předchozích pozorování. Ale kyselina . tereftalová jako konečný produkt se vyznačuje nedostačující kvalitou (nad nejvyšš'm přípustným obsahem 150· ppm kyseliny p-toluylové), protože podíl kyseliny tereftalové, který vykrystaloval v rozmezí 150 °C, odpovídá příl-š širokému rozmezí.

Předchozí 3 postupy jsou pochopitelně mimo rámec tohoto vynálezu.

Jako vodný roztok, který se vede do prvého z 2 až 8, s výhodou 3 až 6 pásem pro prudké odpaření rozpouštědla podle tohoto vynálezu, kdy dojde v podstatě k okamžité krystalisaci kyseliny tereftalové, se může použít roztok, který je v podstatě nasycen kyselinou tereftalovou za teplot v rozmezí 200 až 290 °C, což odpovídá koncentraci nasycení kyselinou tereftalovou na hmotnostním základě 2 až 50 dílů kyseliny tereftalové na 100 dílů vody. Obsah kyseliny p-toluylové v případě takových rozpuštěných frakcí kyseliny tereftalové je v rozmezí 500 až 6000 ppm, rovněž na hmotnostním základu. Z ekonomického hlediska je výhodné používat jako přívodní roztoky do prvého pásma ty roztoky, jež obsahují 10 až 30 dílů kyseliny tereftalové na 100 dílů vody. Odpovídající teplota nasycení kyseliny terefťalové je v rozmezí 240 až 270 °C; avšak se zřetelem na znemožnění předčasné krystalisace kyseliny tereftalové během přepravy do uvedeného prvého pásma (tj. z čistění katalytickou hydrogenací do prvého pásma J je' výhodné, aby takový přívodní roztok s obsahem 10 až 30 dílů kyseliny tereftalové na 100 dílů vody měl teplotu nejméně asi o 5 až· 10 °C nad odpovídající teplotou nasycení, a s výhodou teplotu v rozmezí 250 až 280 °C.

Postup podle tohoto vynálezu pro nepřerušovanou krystalisaci kyseliny tereftalové má další a jiný rys, jedinečný se zřetelem k předchozím zkušenostem. Spočívá v tom, že krystalická magma kyseliny tereftalové se dá snadno isolovat nepřerušovaným odstřelováním navzdory předchozím · údajům, · že se bezprostřední krystalisaci kyseliny tereftalové z roztoku získá krystalická magma, obsahující dostatečně malé krystaly, takže koláč na odstředivce je nepropustný a oddělování pevných podílů od. kapalných nepřerušovaným odstřelováním není proveditelné na obchodní bázi.

V · dalších příkladech jsou popsány použitelné postupy provádění způsobu podle tohoto vynálezu za použití přívodů o různých koncentracích kyseliny tereftalové za rozpuštění kyseliny tereftalové o různém obsahu kyseliny p-toluylové v rozmezí 500 až 6000 ppm, různé počty prudkého odpaření rozpouštědla, krystalisační pásma (za míchání) pro krystalisaci kyseliny tereftalové v rozmezí 2 až ' 8 pásem, a různé teploty pro konečnou krystalisaci kyseliny tereftalové i pod 100 °C. Ve všech příkladech se přívodní roztok vede nejprve do prvého ze zařízení pro prudké odpaření rozpouštědla, totiž míchaného pásma pro krystalisaci . kyseliny tereftalové za přívodní rychlosti takové, že se získává za hodinu 45 kg kyseliny tereftalové. Kyselina tereftalová se isoluje nepřerušovaným odstřelováním, promyje se čerstvou vodou, čímž se odstraní ulpělý matečný louh, načež se vysuší. Promýváním vodou vlhkého· produktu kyseliny tereftalové na odstředivce se sníží obsah, kyseliny p-toluylové v produktu tak, že zbývá pouze množství kyseliny p-toluylové, přítomné v roztoku v adhesních malých částečkách matečného louhu.

V každém z následujících 3 příkladů obsahuje přívodní roztok do prvého krystalisačního pásma 20 % hmotnostních kyseliny tereftalové (11,2 kg na 45 kg vody), s obsahem 2500 ppm · kyseliny p-toluylové. Takový přívodní roztok má teplotu 270 °C, tj. 3 ^CC nad. teplotou nasycení a tlak 5,6 MPa k udržení vody v kapalné fázi. Počet stupňů prudkého odpařování rozpouštědla je dán stupni 3,5 a 6.

Příklady 1 až 3

Do)· výše popsaného zařízení pro nepřerušovanou krystalisaci prudkým odpařením se třemi, pěti a šesti pásmy se kontinuálním způsobem přivádí výše zmíněný roztok jako přívod do prvého pásma. Magma, tj. · krystaly a zbývající roztok, jak vzniká v každém míchaném pásmu, se vede postupně do dalšího míchaného pásma. Magma z posledního pásma se vede kontinuálně na · odstředivku. Při všech 3 postupech se pracuje v posledním míchaném pásmu a na odstředivce za teploty 150 °C a za tlaku 0,469 MPa, přičemž hodnoty teplot ve °C a tlaky pro· každý krystalisační stupeň i pro’ přívod na ods^i^íředivku ze série o 3,5 či 6 míchaných pásem jsou uvedeny v tabulce I. Obsah kyseliny p198150

-toluylové ve vysušeném produktu z odstředivky (vyjádřeno v ppm, v přepočtu na ky selinu teref tahovou) nepřevyšuje hodnoty, které jsou uvedeny v tabulce I.

Tabulka I

Krystalisace kyseliny tereftalové kontinuálním způsobem prudkým odpařením rozpouštědla

Vodný roztok jako přívod: 20% vodný roztok kyseliny tereftalové (hmot. %) s 2500 ppm kyseliny p-tjOluylové, teplota 270 °C, tlak 5,6 MPa

Míchané pásmo	Příklad 1	Příklad 2	Příklad
prvé:
°C	220	240	240
MPa	2,1	3,22	3,22
druhé:
°c	180	210	220
MPa	0,91	1,89	2,1
třetí:
°C	150	190	200
MPa	0,469	1,19	1,50
čtvrté:
°C	—	170	180
MPa	—	0,70	0,91
páté:
°C	—	150	170
MPa	—	0,469	0,70
šesté:
°C	—	—	150
MPa	—	—	0,469
Odstředivka:
°C	150	150	150
MPa	0,469	0,469	0,469
kyselina p-toluylová v sušině, ppm	85	50	44

Příklady 4 až 6

Opakuje se postup podle příkladů 1 až 3 za použití přívodního roztoku, přičemž počet míchaných pásem, teploty a tlaky jsou uvedeny v tabulce II dále:

Tabulka II

Kontinuální krystalisace kyseliny tereftalové prudkým odpařením rozpouštědla

Přívodní roztok	Příklad 4	Příklad 5	Příklad 6
kyselina tereftalová, . % hmot.	20	20	20
kyselina toluylová (PPm)	2500	2500	2000
Teplota °C	270	280	270
tlak MPa	5,6	6,0	5,6
Míchané pásmo prvé: °C	240	230	200
MPa	3,22	2,43	1,54
druhé: °C	195	190	150
MPa	1,365	1,225	0,469
třetí: °C	170	150
MPa	0,70	0,469	—
čtvrté: °C	145
,_d; MPa		—	—
páté: °C	130
MPa		—	—·
šesté: °C	100
MPa	0,103	—	— ·
Odstředivka: °C	100	150	150
MPa	0,103	0,4.69	0,469
Kyselina p-tohiylová v sušině (ppm)	150	87	150

Z příkladu 5 je patrné, že teplotní rozdíly mezi přívodem a prvým pásmem, a mezi následujícími pásmy jsou v podstatě stejné. Při takovém postupu se stále ještě získají klesající poměrná množství krystalické kyseliny tereftalové, činící 83,4; 13,7; a 2,45 % v pásmu 1,2 a 3, přepočteno na původně rozpuštěnou kyselinu tereftalovou.

V následujícím příkladu 7 obsahuje přívodní roztok 20 % hmot, kyseliny tereftalové a 1610 ppm kyseliny p-toluylové, má teplotu 280 °C a tlak 6 MPa k udržení vody v kapalné fázi. Tento roztok se nepřerušovaně vede takovým způsobem, aby se tím získalo za hodinu 45 kg kyseliny tereftalove, do prvého ze šesti míchaných pásem pro krystalisaci kyseliny tereftalové za prudkého odpaření vody, přičemž se v pásmech pracuje podobně, jak bylo předtím popsáno. Pracovní podmínky pro každé z . šesti pásem,, podíl kyseliny tereftalové v % z původního obsahu, jak vykrystalovat v každém pásmu při přepočtu za hodinu, teplota i tlak při dělení pevných podílů od kapaliny na odstředivce, percentuální podíl isolované kyseliny tereftalové při přepočtu na původní množství, jakož i obsah kyseliny p-toluylové (v ppm) v isolované a vysušené, nikoli však promyté kyselině tereftalové, jsou uvedeny v tabulce III. Tento příklad se liší způsobem provedení od všech dalších příkladů v tom směru, že v podstatě stejná množství kyseliny tereftalové vykrystalu198150

jí v pásmech 1 a 2, a celkový podíl získá- obsahu kyseliny tereftalové v přívodním né kyseliny tereftalové činí 93 % hmot, z roztoku.

Tabulka III

Яр'·'

Příklad 7

Přívodní roztok: 18 % hmot, kyseliny tereftalové s obsahem 1610 ppm kyseliny p-toluylové, teplota 280 °C, tlak 6 MPa.

Míchané pásmo	Teplota °C	Tlak MPa	% získané kyseliny tereftalové
1‘	250	4,06	45,83
2	205	1,72	47,20
3	170	0,702	5,63
4	130	0,318	0,97 *
5	120	0,209	0,16
6	100	0,109	0,12
Odstředivka	100	0,109	99,91
Obsah kyseliny	p-toluylové v kyselině	tereftalové jako	produktu: 102 ppm.

Sušená kyselina tereftalová jako produkt z příkladu 7 je jedinečné povahy s přihlédnutím к distribuci velikosti částeček. Takový produkt se vyznačuje velmi širokou distribuci velikosti částeček v rozsahu 0 až 450 ^m, přičemž velký podíl částeček má velikost nad 250 μΐη a v distribuci velikosti částeček se jeví na grafu 2 vrcholy. Je to charakteristické pro bimodální distribuci a nikoli normální distribuci velikosti částeček z obvyklých způsobů krystalisace. Takže podle postupu z příkladu 7 je možno získat kyselinu tereftalovou jedinečných vlastností pro výrobu vláken. Takový jedinečný bimodální krystalický produkt se dá získat irystalizací 75 až 95 % z veškerého podílu kyseliny tereftalové v přibližně rovných dílech v prvých dvou pásmech z 3 až 6 míchaných pásem v sérii podle tohoto vynálezu. Ί

Další postupy obsahují příklady 8 a 9 a srovnávací příklad 4, který se podobá příkladu 8, ale opomíjí krystalisační pásmo, kde se pracuje za teploty 170 °C a za teploty 130 °C krystaluje podíl původní kyseliny tereftalové, kdy podíl původní kyseliny tereftalové se rovná součtu takových podílů, které vykrystalovaly v příkladu 8 v pásmech teploty 170 °C a 130 °C. Tyto 3 příklady dokládají vhodnou i nevhodnou krystalisaci zmenšených podílů původně rozpuštěné kyseliny tereftalové z rozmezí 180 až 160 °C na nižší teploty se zřetelem na znečištění konečného produktu, tj. kyseliny tereftalové, kyselinou p-toluylovou.

Přívodní roztoky každého příkladu 8 a 9 a srovnávacího příkladu 4 měly teplotu 280 °C za tlaku 6 MPa к udržení vody v kapalné fázi, a obsahovaly 18 % hmot, kyseliny tereftalové s obsahem 2000 hmot, kyseliny p-toluylové. Tyto roztoky se vedou do prvého krystalisačního pásma z pásem, spojených do série, a to za takové rychlosti, že se získá 45 kg kyseliny tereftalové za hodinu v prvém pásmu. Podmínky teploty a tlaku při postupu v jednotlivých pásmech a na odstředivce, jakož i hmotnostní percentuální podíly kyseliny tereftalové, jak vykrystalovala v každém z pásem, a celkové procento vykrystalované kyseliny tereftalové, jakož i obsah kyselina p-toluylové v kyselině tereftalové, jež byla isolována jako produkt, jsou uvedeny v tabulce IV.

Tabulka IV

Krystalisace kyseliny tereftalové za nepřerušovaného odpařování rozpouštědla

Přívodní roztok	Příklad 8	Srovnávací příklad 4	Příklad 9
kyselina tereftalové % hmot.	18	18	18
teplota °C	280	280	280
tlak MPa	6,006	6,006	6,006
míchané pásmo
prvé:
°C	250	250	205
MPa	4,06	4,06	1,723
kyselina tereftalové vykrystal. podíl % druhé:	45,83	45,83	93,03
°C	205	205	170
MPa	1,723	1,723	0,72
kyselina tereftalové vykryst. podíl % třetí:	47,20	47,20	5,63
°C	170	135	135
MPa ’	0,72	0,318	0,318
kyselina tereftalové vykryst. podíl % čtvrté:	5,63	6,61	0,97
°C	135	120	120
MPa	0,318	0,209	0,209
kyselina tereftalová krystalická % páté:	0,97	0,16	0,16
°C	120	100	100
MPa	0,209	0,103	0,103
kyselina tereftalová krystalická %	0,16	0,12	0,12
šesté:
°C	100	—	—
MPa	0,1027	—	—
kyselina tereftalová krystalická % Odstředivka:	0,12
°C	100	100	100
MPa	0,1027	0,1027	0,1027
kyselina tereftalová krystalická %	99,91	99,91	99,91
kyselina p-toluylová
v produktu	133 ppm	274 ppm	153 ppm

V případě kyseliny tereftalové jako produktu z příkladu 9 se jednoduchým promytím produktu z odstředivky vodou za teploty 93 až 96 °C sníží obsah kyseliny p-toiuylové v promytém a vysušeném produktu na méně než 150 ppm. Avšak promytím produktu ze srovnávacího příkladu 4 se nedocílí vznik promytého a vysušeného produktu s obsahem kyseliny p-toluylové · pod 150 ppm. Vzorkováním a analýzou kyseliny tereftalové jako· produktu po krystalisaci ve třetím krystalisačním pásmu ' srovnávacího příkladu 4 se zjistí, že kyselina tereftalové jako produkt se vyznačuje obsahem kyseliny p-toluylové nad 200 ppm. Takže je třeba se vyvarovat pracování podle postupu ze srovnávacího příkladu 4.

V dalších příkladech 10, 11 a 12 obsahují přívodní roztoky 20 % hmot, kyseliny tereftalové s různými obsahy kyseliny p-toluylové, mají stejnou teplotu 280 °C a tlak 6

МРа к udržení vody v kapalné fázi a jsou přiváděny takovou rychlostí, že se za hodinu získává v prvém pásmu 45 kg kyseliny tereftalové. Bližší údaje o těchto krystalisacích jsou v tabulce V.

Tabulka V

Krystalisace kyseliny tereftalové kontinuálním odpařováním rozpouštědla

Přívodní roztok	Příklad 10	Příklad 11	Příklad 12
kyselina tereftalové
% hmot.	20	20	20
obsah kyseliny p-tolu- ylové, ppm	4000	6000	600
°c	280	280	280
MPa	6	6	6
Míchaná pásma ' prvé		- '
°C	230	220	220
MPa	2,646	2,646	2,101
kyselina tereftalové
% hmot.	84,45	84,45	90,36 .
druhé
°C	190	190	170
MPa kyselina tereftalové	1,365	1,365	0,826
% hmot.	11,81	11,81	8,18
třetí
°C	170	170	135
MPa kyselina tereftalové	0,826	0,826	0,294
% hmot.	2,28	2,28	1,18
čtvrté
°C	155	155	100
MPa krystalická kyselina	0,518	0,518	0,0989
tereftalové %	0,74	0,74	0,21
páté
°C	140	140	—
MPa kyselina tereftalové	0,371	0,371	—
krystalická °/o	0,32	0,32
Odstředivka
°C	140	140	100
MPa	0,371	0,371	0,0989
kyselina tereftalová krystalická % kyselina p-toluylová	99,6	99,6	99,93
ppm v produktu	98,7	148,1	62,9

Příklad 13

Tento doklad o krystalisaci kyseliny tereftalové podle tohoto vynálezu se týká vedení vodného roztoku do prvého krystalisačního pásma z 8 míchaných pásem za rychlosti, kdy se získává za hodinu 45 kg kyseliny tereftalové. Přívodní roztok má teplotu 275 °C a tlak 6 MPa, aby se totiž voda udržela v kapalné fázi a obsahuje 20 hmot.

procent kyseliny tereftalové a 2500 hmot, ppm kyseliny p-toluylové. Celkem se prudce odpaří 76,32 kg vody. Pracovní podmínky v každém míchaném pásmu a celkový vý těžek kyseliny tereftalové po krystalisací, jakož i obsah kyseliny p-toluylové, jsou uvedeny v následující tabulce:

Tabulka VI

Míchané pásmo	Teplota °C	Tlak MPa	Celkový výtěžek krystalické kyseliny tereftalové %	Obsah kyseliny p-toluylové, ppm
1.	240	3,22	74,79	7
2.	210	1,90	92,40	13
3.	180	1,071	97,67	26
4.	160	0,63	99,09	41
5.	140	0,35	99,64	65
6.	120	0,21	99,82	90
7.	110	0,14	99,89	109
8.	100	0,1029	99,93	131
Odstředivka	100	0,1029	99,93	131

Konečný produkt kyseliny tereftalové vyhovuje požadavku na nejvyšší obsah kyseliny p-toluylové do 150 pppm. Avšak, jak bylo nalezeno, lze isolovat z magna z prvých šesti stupňů krystalisace bez jakéhokoli podstatnějšího ovlivnění výtěžku kyselinu tereftalovou jako produkt s obsahem asi 89 ppm kyseliny p-toluylové a tento výsledek lze srovnávat s obsahem 87 ppm kyseliny p-toluylové v kyselině tereftalové jako

Claims

PŘEDMĚT

1. Způsob izolace krystalické kyseliny tereftalové jako produktu s nejvyšším obsahem kyseliny p-toluylové do 150 ppm z kapalných vodných roztoků, nasycených v podstatě kyselinou tereftalovou s obsahem 500 až 6000 ppm kyseliny p-toluylové za teploty 205 až 288 °C nepřerušovanou krystalizací kyseliny tereftalové za současného chlazení dosahovaného prudkým odpařením vody v alespoň dvou pásmech, v nichž se odpařuje za stálého míchání rozpouštědlo, přičemž tato pásma o teplotě nižší než svrchu uvedené rozmezí 205 až 288 °C a každé další pásmo má teplotu vždy nižší, načež se krystalický produkt izoluje ze suspenze, která je výstupním produktem z posledního pásma, vyznačující se tím, že se použije 2 až 8 propojených pásem, v nichž se teplota stupňovitě snižuje a voda se odpařuje za jejího současného odstraňování, přičemž poměr krystalické kyseliny tvořící se v každém pásmu к množství této kyseliny v přiváděném roztoku se sleduje od teploty 182 stupňů Celsia a v každém pásmu s teplotou v rozmezí 182 až 160 °C se bez ohledu na množství kyseliny tereftalové, vysrážené při teplotě nad 182 °C voda odpařuje, přičemž teplota odpařování vody se udržuje na hod

Sevor-úgrafia, n.

produktu z příkladu 5. Je třeba také poznamenat, že kyselina tereftalová jako produkt z příkladu 13, která krystalovala v důsledku teplotního profilu pro poměrné díly kyseliny tereftalové pod rozmezím 180 až 160 °C ve srovnání s týmž profilem příkladu 4, se vyznačuje lepší kvalitou (131 ppm proti 150 ppm kyseliny p-toluylové) při srovnání s produktem podle příkladu 4.

VYNÁLEZU notě, odpovídající postupnému dosažení v každém dalším pásmu vždy nižšího poměru vysrážené kyseliny tereftalové к množství této kyseliny v přiváděném roztoku, načež se výsledný produkt izoluje při teplotě 100 až 150 °C, odpovídající teplotě posledního pásma.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se provádí ve 3 až 6 pásmech, přičemž v prvních dvou pásmech se nechá krystalovat v každém z nich stejné množství krystalické kyseliny tereftalové a celkové množství kyseliny, vykrystalizované v prvních dvou pásmech činí 75 až 95 % hmotnostních celkového množství této kyseliny, přiváděné do prvního pásma a zbývajících 5 až 25 % hmotnostních rozpuštěné kyseliny tereftalové se vysráží ve formě krystalického produktu v postupně se snižujících množstvích ve zbývajících pásmech,
3. Způsob podle bodu 1, 'vyznačující se tím, že se provádí ve 3 až 6 propojených pásmech za stálého míchání, přičemž teploty v každém z těchto pásem se stanoví vydělením rozdílu mezi, počáteční teplotou 205 až 288 °C a konečnou teplotou 150. až 1G0 °C a počtem těchto pásem.