DD139977A3

DD139977A3 - Verfahren zur prozesswasserrueckgewinnung bei der entspannungsverdampfungskristallisation der terephthalsaeure

Info

Publication number: DD139977A3
Application number: DD21070079A
Authority: DD
Inventors: Uwe Duelsen; Rolf Gollasch; Dieter Hecht; Klaus Hoppe; Karl-Heinz John; Hartmut Koehler; Heinz Koehler; Richard Koehler; Juergen Mueller; Lothar Noske; Gerfried Richter; Leopold Weiner; Bodo Zobel
Original assignee: Uwe Duelsen; Rolf Gollasch; Dieter Hecht; Klaus Hoppe; John Karl Heinz; Hartmut Koehler; Heinz Koehler; Richard Koehler; Juergen Mueller; Lothar Noske; Gerfried Richter; Leopold Weiner; Bodo Zobel
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1980-02-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei der Terephthalsäurereinigung durch Entspannungskristallisation zur effektiven Kondensation und Feinreinigung von Abdämpfen zwecks Rückgewinnung als Prozeßwasser. Es wurde gefunden, daß sich durch eine Kombination von Absorptionseffekten in einer Vorquenchstufe mit direktem Stoffund Wärmeaustausch ein Tropfensystem und zwei nachfolgenden Quenchstufen, die den Stoff- und Wärmeaustausch sowohl im organisierten Sprühregime als auch die Nachreinigung im Filmregime realisieren, eine hocheffektive Kondensation und Kondensatreinigung erzielt werden kann. Neben der Wiederverwendung des Abdampfes als Lösungsmittel für das Terephthalsäure-Reinigungsverfahren kann die im Abdampfkondensat enthaltene Terephthalsäure wiedergewonnen werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei der Terephthalsäurereinigung durch Entspannungsverdampfungskristallisation zur effektiven Kondensation und Feinreinigung von Abdampfen zwecks Rückgewinnung als Prozeßwasser«,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Kristallisation von Terephthalsäure aus ihrer wässrigen.Lösung nach den bekanntenJReinigungsverfahren kann ZpBo nach DE-OS I5 935 39, 40, 41 diskontinuierlich oder nach DD-AP 115 I09 kontinuierlich erfolgen« Dabei werden 30 - 30 % des ursprünglichen Lösungsmittels in form von Wasserdampf freie' Dieser Wasserdampf fällt je nach angewandtem Verfahren gleichzeitig in mehreren Druckbereichen mit Temperaturen von 370 - 570 K an, wobei bevorzugt beim diskontinuierlichen Verfahren der W_asserdampfmengenstrom starken Schwankungen unterworfen ist»

Der Wasserdampf enthält neben mitgerissener zum Teil kristalliner Terephthalsäure auch einen Teil der abzutrennenden Begleitbestandteile und Verunreinigungen wie p-Toluylsäure, Benzoesäure, Phthalsäure und sehr geringe Mengen 4-Carboxylbenzaldehyd aufgrund der Wasserdampfflüchtigkeiten dieser Substanzen»'

-ar

Der Dampf wird nach den herkömmlichen-Verfahren entweder in die Atmosphäre geleitet bzw., mehr oder weniger vollständig kondensiert und mehr oder weniger verworfen·'

Veröffentlichungen, die sich mit der Kondensation und Behandlung dieser speziellen Abdämpfe befassen, sind nicht bekannt.^;

Die Verwendung konventioneller Stoff- und Vförmeaustauschmethoden zur teilweisen bzw» vollständigen Kondensation erweist sich für den speziellen Fall ^als ungee.ignetj da das Zurückführen eines solchen, die Verunreinigungen enthaltenden Wassers in den Prozeß zur Anreicherung derselben im Endprodukt führen würde<>' Es könnte deshalb nur ein geringer Teilstrom Wiederverwendung findene An eine zur Faserherstellung geeignete hochreine.Terephthalsäure werden besondere Qualitätsanforderungen gestellt· So._dürfen die chemischen Verbindungen 4—Carboxylbenzaldehyd, p-Toluylsäure und Benzoesäure in den Endprodukten nur in Spuren enthalten seinV Hohe Anforderungen werden auch an die Terephthalsaurereinheit bezüglich des Aschegehaltes und des Gehaltes an gefärbten aromatischen Verbindungen gestellt. Aus diesem Grunde muß das zur Reinigung der Rohterephthalsäure als Lösungsmittel verwendete Wasser nahezu entionisiert seinV

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, eine vollständige Kondensation der Abdämpfe zu erzielen, den größten Teil des Kondensates als Prozeßwasser zurückzuführen und die negativen Auswirkungen der Druck- und Mengenschwankungen des Wasserdampfes als Einsatzstrom zu vermeiden¹."

Darlegung des-Wesens der Erfindung

Der Erfindung_liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren ' zu entwickeln, mit dem es möglich ist, sowohl die Kondensation als auch die Reinigung der Prozeßabdämpfe wesentlich zu verbessern und den Prozeßverlauf störungsfrei und wirtschaftlich zu gestalten, sowie die Umwelt- ; Verschmutzung durch das Verhindern des Austritts' verunreinigter Brüden in die Atmosphäre zu vermeidend

Es wurde gefunden, daß sich durch eine Kombination von Absorptionseffekten in einer Vorquenchstufe mit direktem Stoff- und Wärmeaustausch im Tropfensystem und zwei nachfolgenden Q,uenchstufen₅ die den Stoff- und Wärmeaustausch sowohl im organisierten Sprühregime als auch die Nachreinigung im Filmregime realisieren, eine hocheffektive Kondensation und Kondensatreinigung erzielt werden kann."

Die Lösung des dargelegten Problems erfolgt erfindungsgemäß in einem speziellen dreistufigen Verfahren·

In der ersten Stufe wird der Abdampf der verschiedenen Kristallisatordruckstufen gesammelt und dabei auf einen Druck entspannt, der dem Normaldruck nahe kommt (100 - 120 kPa)V Der dadurch überhitzt vorliegende Dampf wird einer einfachen Quenchung im Gleichstromverfahren unterzogen, die erfindungsgemäß mit Dampfgeschwindigkeiten von 25 - 50 m/s durchgeführt wird und nur eine minimale Durchmischungsstrecke besitzt«; Erfindungsgemäß soll die Verweilzeit 0,5-5 s in der Durchmischungsstrecke betragen«;

Dadurch wird es möglich, für kurze Zeit ein Regime zu erzeugen,, wo überhitzter Dampf neben Quenchwasser vorliegt,;

-·- 210 700

Die anzuwendende Quenchwassermenge ist so zu regeln, daß sie ungefähr zur Sättigung des Dampfes ausreicht. Dieses Ziel ist erfindungsgemäß dann erreicht, wenn die Dampftemperatur nach der Quenchung 375 - 390 'K beträgt· Zweckmäßigerweise führt man diesen Verfahrensschritt in der Dampfzuleitung direkt vor dem Kondensationsapparat durchV Der so behandelte Dampf Yjird dem Kondensationsapparat zugeführt, indem er unter Geschwindigkeitsverminderung auf ein Prallblech geleitet wird, welches eine Phasentrennung gasförmig-flüssig bewirkt· Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß das so abgeschiedene und im Sumpf der Kolonne gesammelte Quenchwasser zwar den größten Teil der im Dampf enthaltenen aus den Kristallisatoren mitgerissenen Terephthalsäure enthält, aber nur minimale Mengen an ebenfalls im Dampf enthaltenen unerwünschten Nebenprodukten»'

Der Abscheidevorgang am Prallblech kann durch geringfügige Wasserberieselung in der Flashzone der Kolonne unterstützt werden«. Diese Berieselung wirkt außerdem bei hohen Terephthalsäuremengen einer eventuellen Verstopfung im Sumpf entgegen. Zweckmäßigerweise verwendet man dazu das Sumpfprodukt, indem es im Kreislauf gepumpt wird." Die weitere Behandlung des Dampfes erfolgt in der zweiten Stufe des Verfahrens, wobei zunächst die Geschwindigkeit des Dampfes wiederum erhöht wird, so daß sie größer 1-5 - 50 Ws beträgt ο Die Vorgänge in der zweiten Quenchatufe zeichnen sich dadurch aus, daß das mit hoher Geschwindigkeit eintretende Gas die Flüssigkeit in Form feinster Tröpfchen mitreißt, wobei der Wärme- und Stoffaustausch im Gleichstrom in der Kombination von Dispergieren und Absetzen in besonders ausgebildeten Kontak— tiereinrichtungen insbesondere Hochgeschwindigkeitskontaktstufen erfolgt.' Die intensive Durchmischung der verunreinigten Dämpfe mit der Waschflüssigkeit gewährleistet

bei kurzen Verweilzeiten die erforderliche Teilkondensation und Gasreinigung.' Durch die hohen Gasgeschwindigkeiten bei Phasengleichstrom können die im Prozeßverlauf auftretenden Druckstöße ohne nachteilige Rückvermischungen oder mechanische Zerstörungen verarbeitet werden¹»'

Die Menge des in der zweiten Stufe kondensierenden Dampfes soll erfindungsgemäß weniger als 20 % der Gesamtdampfmenge betragen, da hier in einem dem erfindungsgemäßen Prinzip betriebenen Kondensationsapparat die bis hierher noch verbliebene Terephthalsäure und erfindungsgemäß die enthaltenen unerwünschten Nebenprodukte fast vollständig kondensieren und somit im abgehenden Strom dieser Stufe mindestens ab 80 % enthalten sindV

Erfindungsgemäß müssen 12 ~ I5 % der Gesamtdampfmenge in dieser Stufe kondensiert und verworfen werden, wenn das verbleibende Kondensat der übrigen Stufen den Reinheitsanforderungen für eine Rückführung in den Prozeß genügen soll* Die besondere Konstruktion der zweiten Stufe hat erfindungsgemäß den Vorteil, daß bei den pfozeßbedingten extremen Mengenschwankungen des zugeführten Dampfes die hierdurch bedingten Geschwindigkeitsanderungen eine Selbstregu~ lierung und somit Vergleichmäßigung der Kondensation in dieser Stufe zur Folge haben und somit nicht die Notwendigkeit des Eingriffs von außen be steht o^;

Eine Verkrustung durch die ausfallenden Feststoffe tritt aufgrund einer Selbstreinigung durch die angegebenen hohen Geschwindigkeiten nicht auf»¹ Die vollständige Kondensation des verbleibenden Dampfes erfolgt als dritte Stufe in einer Gegenstrom-Gridpackung. Das ist möglich, da der verbleibende Dampf durch die Vorbehandlung nur noch unwesentliche Mengen an unerwünschten Nebenprodukten enthält und somit Ver-

krustungen oder Verstopfungen unterbleiben. Außerdem wird der zur direkten Gegenstromkühlung verwendete Wasserkreislauf so dimensioniert, daß die Löslichkeitsgrenze in keinem Fall unterschritten wird;/

Die vollständige Kondensation im GegenstrOm erfolgt in Kolonneneinbauten mit gezielter Gasumlenkung bei erhöhter Turbulenz des Dämpfestromes und Dämpfegeschwindigkeiten von 2 bis 4 m/s_o Dabei wird der von oben nach unten ablaufende Flüssigkeitsfilm dispergierto' Das kombinierte Film-Tropfenregime gewährleistet einen intensiven Stoff- und Wärmeaustausche''

Erfindungsgemäß werden die gewonnenen Wasserströme der ersten und dritten Stufe zusammengeführt und dem Prozeß als Lösungsmittel wieder zugeführt.» In dem so gevi/onnenen Prozeßwasser beträgt der Gehalt an unerwünschten Nebenprodukten weniger als 100 ppnw Das Produkt der zweiten Stufe wird verworfenV

Das Verfahren soll anhand eines AusführungsbeispieIs näher erläutert werden«, Die verwendete Apparatur ist in einer Zeichnung dargestellte

Ausführunfffsbeispiel

Die aus verschiedenen Erzeugern abgeblasenen Abdämpfe werden über ein Rohrleitungssystem und einer Sammelleitung 1 der Vorquenchstufe 3 im überhitzten Zustand zugeführt.

In dem Wasserdampfstrom 1 sind folgende andere Stoffe enthalten:

Terephthalsäure 2200 mg/kg

p-Toluylsäure ' I30 " Benzoesäure 60 "

Phthalsäure 20 "

Die Vorguenchstufe besteht aus einem freien Rohrleitungsabschnitt mit 5OO ran Durchmesserο Aus einer Wasserzuführung der Vorquenchstufe 2 wird im Gleichstrom die Quenchwa'ssermenge von T₉O t/h zugeführt, so daß sich die Temperatur des in den Kolonneneinlauf 4 eintretenden Dampfes auf 378 K. reduzierte⁷ Bei Dampfgeschwindigkeiten von etwa 35 m/s ist.die Verweilzeit ausreichend, den Dampf nahezu zu sättigen'© In den Sumpf der Kolonne tritt somit ein Dampf-Flüssigkeitsgemisch von 15*75 t/h Dampf ein·¹ Durch den Abbau der Geschwindigkeit aufgrund der Querschnittserweiterung und weiteren Energieabbaus am Prallblech 5 wird der kristalline Feststoff, der ausschließlich aus Terephthalsäure besteht, mit der Flüssigkeit in den Sumpf der Kolonne abgetrennt, während die Dämpfe nach oben steigen in die 2V Stufe, Der Abtrennvorgang der kristallinen Bestandteile wird weiterhin durch ein Sprühdüsensystem 6 unterstützt, wobei die Sprühflüssigkeit dem Sumpfprodukt . 20 hinter der Sumpfproduktpumpe T9 entnommen wird und mit 45 m /h eingestellt istv

Bei einem Ablauf aus dem Sumpf der 3* Stufe am Kaminboden TO von 396 nr/h und einem Überlauf eines Teiles dieser Menge aus dem Überlaufgefäß 14 von 13,8 m-vh durch die Leitung 18 ergibt sich eine Menge von 14 nr/h Wasser mit einer Temperatur von 368 K und einer durchschnittlichen Terephthalsäurekristallbeladung von 0,2 bis 0,3 Ma-% als Sumpfprodukt 20 der T₀ Stufe, wobei diese Menge einem Terephthalsäure-Reinigungsverfahren als Lösungsmittel auge-

- geführt werden kann." Im Sumpf produkt 20 werden folgende Konzentrationen ermittelt:

Terephthalsäure · 2230 mg/kgp-Toluylsäure 30 "

Benzoesäure 10 "

Phthalsäure 7 "

Die in die 2₀ Stufe aufsteigenden Dämpfe werden Hochgeschwindigkeit skontakt stuf en 7 zugeführt, wobei sich durch die konstruktive Gestaltung der Böden eine Dampfgesehwindigkeit von 19 m/s' einstellte Durch diese_,hohe Geschwindigkeit wird ein Flüssigkeitsstrom 8 von 2,2 m-yh, der hinter dem Kopfkühler 16 als Teilstrom mit einer Temperatur von 34-3 K entnommen wird, intensiv mit dem aufsteigenden Dampf vermischtj wodurch_ein effektiver Wärmeaustausch mit Kondensation stattfindet, die so eingestellt ist, daß über dem Auslauf 9 wieder 2,2 m /h Flüssigkeit abgezogen werden können₉ die aufgrund der hohen Verschmutzung verworfen wer- den'o'

Im einzelnen enthält dieser Flüssigkeitsstrom!

Terephthalsäure 11AO mg/kg

p-Toluylsäure 740 "

Benzoesäure .' . 350 "

Phthalsäure 90 ." .

Die Temperatur beträgt 371. K.^!

Die restlichen von organischen Säuren freien Dämpfe gelangen über den Kaminboden 10 in die 3« Stufe der Kondensation 11

210 700

Hier wird ein Gegenstrom über einen Verteiler 12 eine Flüssigkeitsmenge von 377»8 m /h mit einer Temperatur von 3^3 K gefahren, die dem Sumpf der 3V Stufe mit einer Temperatur von 366 K entnommen und über das Überlaufgefäß 14 _, welches gleichzeitig die Funktion der Pumpenvorlage hat, und eine atmosphärische Atmung 17 besitzt, die Kreislaufpumpe 15 ,die KreislaufIeitung 13 und den Kopf kühler 16 gefördert wird_o ^;

Nach der letzten Stufe befindet sich vor der atmosphärischen Atmung 22 ein Demister 21 ,um aus eventuell nicht kondensierten Restdämpfen Flüssigkeitsanteile zu entfernenV

Claims

Erfindung;s_anspruch .

Verfahren zur Prozeßwasserrückgewinnung bei der Entspannungskristallisation der Terephthalsäure, gekennzeichnet dadurch, daß eine:' Vorquenchstufe bei Dampfgeschwind igke it en von 25 - SO w's und einem Druck von 100 - 120 kPa mit Quenchwasser im Gleichstrom betrieben wird, wobei die Verweilzeit bis in den Eintritt in einen Kondensationsapparat (23) 0,5 - 5 ^s beträgt, der vorgequenchte Dampf strom mit Temperaturen von 375 - 390 K in den Kondensationsapparat (23) unter Geschwindigkeitsverminderung auf ein Prallblech (5) geleitet wird, die Dampfphase durch ein Sprühdüsensystem (6) berieselt ?;ird Und das Terephthalsäure enthaltende Kondensat als Sumpfprodukt (20) abgezogen wird, die Dampfphase durch Hochgeschwindigkeitskontaktstufen (7) bei I5 -.50 m/s geleitet wird und ein Kondensat anfällt, welches 12 - 20 % des Einsatzdampfes ausmacht, mindestens 80 % der eingetragenen unerwünschten Nebenprodukte wie p-Toluylsäure, Benzoesäure, Phthalsäure und 4-Carboxylbenzaldehyd enthält und teilweise verworfen.wird, die Restdampfphase in einer Gegenstrom-Gridpackung (11) mit einem separaten Wasserkreislauf vollständig kondensiert wird und das Kondensat der 1, und 3· Kondensationsstufen bei einer Konzentration von 1?100 ppm an unerwünschten Nebenprodukten dem Terephthalsäure-Reinigungsverfahren als Lösungsmittel wieder zugeführt wird_o ^:

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