DE2004274C3 - Verfahren zur Umkristallisation von Benzolcarbonsäuren, insbesondere Terephthalsäure - Google Patents
Verfahren zur Umkristallisation von Benzolcarbonsäuren, insbesondere TerephthalsäureInfo
- Publication number
- DE2004274C3 DE2004274C3 DE19702004274 DE2004274A DE2004274C3 DE 2004274 C3 DE2004274 C3 DE 2004274C3 DE 19702004274 DE19702004274 DE 19702004274 DE 2004274 A DE2004274 A DE 2004274A DE 2004274 C3 DE2004274 C3 DE 2004274C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- slurry
- loop
- temperature
- acid
- cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 title claims description 27
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N Benzoic acid Chemical class OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 9
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 title claims description 8
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 150
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 35
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 22
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 claims description 22
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 20
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 24
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 5
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 230000001603 reducing Effects 0.000 description 4
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LPNBBFKOUUSUDB-UHFFFAOYSA-N P-Toluic acid Chemical compound CC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 LPNBBFKOUUSUDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N Caprylic acid Chemical compound CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N Hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N Isophthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC(C(O)=O)=C1 QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N Phthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 benzoic acid Chemical class 0.000 description 2
- 229960004365 benzoic acid Drugs 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 2
- 230000003134 recirculating Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GOUHYARYYWKXHS-UHFFFAOYSA-N 4-formylbenzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C=O)C=C1 GOUHYARYYWKXHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- QPKOBORKPHRBPS-UHFFFAOYSA-N Bis(2-Hydroxyethyl) terephthalate Chemical compound OCCOC(=O)C1=CC=C(C(=O)OCCO)C=C1 QPKOBORKPHRBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005635 Caprylic acid (CAS 124-07-2) Substances 0.000 description 1
- NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Chemical compound CC(C)CC(C)=O NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IUGYQRQAERSCNH-UHFFFAOYSA-N Pivalic acid Chemical compound CC(C)(C)C(O)=O IUGYQRQAERSCNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- JXKPEJDQGNYQSM-UHFFFAOYSA-M Sodium propionate Chemical compound [Na+].CCC([O-])=O JXKPEJDQGNYQSM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000001550 Testis Anatomy 0.000 description 1
- 235000013832 Valeriana officinalis Nutrition 0.000 description 1
- 240000006745 Valeriana officinalis Species 0.000 description 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960002446 octanoic acid Drugs 0.000 description 1
- URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N p-xylene Chemical group CC1=CC=C(C)C=C1 URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002085 persistent Effects 0.000 description 1
- 150000003022 phthalic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 235000016788 valerian Nutrition 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 150000003738 xylenes Chemical class 0.000 description 1
Description
Bei der Herstellung von Polyestern hoher Qualität, ispielsweise Polyäthylenglykolterephthalat, zur Verndung
für Filme, Folien, Fasern oder magnetische nbänder sind polymere Materialien von hoher Reinit
erforderlich, um die notwendigen physikalischen ienschaften z. B. einer hohen Zugfestigkeit oder
mensionsstabilität im Fertigprodukt zu erzielen. Das bedeutet wiederum, daß die zur Herstellung der Polymeren
verwendeten Rohmaterialien ebenfalls äußerst niedrige Gehalte an Verunreinigungen haben müssen.
Bei den typischen handelsüblichen Vorschriften für Terephthalsäure ist erforderlich, daß der Gehalt an
niedrigeren Oxydationsprodukten unterhalb von 300 Teilen/Million (im Folgenden als ppm abgekürzt), auf
das Gewicht bezogen, liegt, und es besteht ein steigender Bedarf für Qualitäten von Terephthalsäure mit
einem Gehalt von weniger als 75 ppm an derartigen Verunreinigungen. Derartige Anforderungen an die
Reinheit sind nicht leicht zu erfüllen, da die aus den Produkten der teilweisen Oxydation eines relativ reinen
p-XyIoIs abgetrennten rohen Terephthalsäurekristalle
selbst unter sorgfältig geregelten Oxydationsbedingungen häufig bis zu etwa 5% an niedrigen Oxydationsprodukten, hauptsächlich p-Carboxybenzaldehyd und
p-Toluylsäure, enthalten. Diese Verunreinigungen sind
ziemlich schwer aus der Terephthalsäure zu entfernen insofern, als sie eine ausgeprägte Einschlußneigung in
die Säurekristalle besitzen. Das vorliegende Verfahren eignet sich zur Verringerung des Gehalts dieser Verunreinigungen
um mindestens 65 Gewichtsprozent, und beim Betrieb unter bevorzugten Bedingungen
wird es möglich, Verringerungen von 80 bis 90",, oder mehr sowohl hinsichtlich p-Carboxybenzaldjhvd als
auch p-Toluylsäure zu erhalten. Auch die Bestimmungen entsprechend American Public Health Association
sowohl in Schwefelsäure als auch in Dimethylformamid zeigen sehr erhebliche Abnahmen des Gehalts an
färbenden Verunreinigungen. Noch höhere Reinheitsgrade sind erhältlich, wenn das umkristallisierle Produkt
wiederholt diesem Verfahren mit frischem Lösungsmittel und/oder anderen Reinigungsverfahren
unterworfen wird, die auch eine Sublimation einschließen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt im Prinzip ein Umknstr.llisationsverfahren dar, welches darin
besteht, daß eine die kristalline Benzolcarbonsäure in gesättigter Lösung suspendiert enthaltende Aufschläm
mung in einem Lösungsmittel im Kreislauf geführt wird, in das ein Strom der Beschickungsaufschlämmung
zur Umkristallisation eingeführt und aus dem ein Strom des umkristallisierten Aufschlämmungsprodukts
abgezogen wird, wobei die im Kreislauf geführte Aufschlämmung wiederholt innerhalb eines kleinen
Temperaturunterschieds in mindestens einer Heizzonc erhitzt und diese erhitzte Aufschlämmung durch praktisch
den gleichen kleinen Temperaturunterschied wiederholt auf eine bestimmte Kristallisationstemperatur
in mindestens einer Kühlzone abgekühlt wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur kontinuierlichen
Umkristallisation von Benzolcarbonsäuren, insbesondere Terephthalsäure, durch Erhitzen und
Abkühlen einer Aufschlämmung der Säure in gesättigter Lösung, wobei stets ein Teii nicht gelöster Säure
vorhanden ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufschlämmung in einer mit einer Aufschlämmungszuführung
und einer Aufschlämmungsabführung versehenen Schleife im Kreislauf führt und die Aufschlämmung
alternierend in einem Temperaturintervall von 0,5 bis etwa 17 C im Mittel wenigstens lOmal in der
Weise erhitzt und abkühlt, daß jedesmal mindestens etwa 0,2 Gewichtsprozent, insbesondere etwa 1 bis
etwa 10 Gewichtsprozent, des gelösten Säureanteils umkristallisiert werden.
Aus der USA.-Patentschrift 33 64 256 ist ein Verfahren zur Reinigung von Terephthalsäure durch BiI-
dung einer Suspension der Säure in einer C2-C,-Carbonsäure
und anschließende Erhitzung dieser Suspension auf eine Temperatur von 180 bis 230 C
bekannt. Die Suspension wird dann abgekühlt, und «lie gereinigte Terephthalsäure wird z. B. durch Filtration
oder Zentrifugieren abgetrennt. Stets ist ungelöste Säure vorhanden. Das Verfahren kann kontinuierlich
durchgeführt werden; irgendwelche Angaben hierzu fehlen jedoch.
Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet »ich von uem bekannten Verfahren durch die Anwendung
einer Umlaufschleife. Es wird dadurch die Säure wiederholt (mindestens !Oma! im Mittel) gelöst und
umkristallisiert. Dies führt zu einem viel reineren Produkt als bei dem bekannten Verfahren, da viele
Verunreinigungen physikalisch in den Säurekristallen okkludiert sind und ein einziger Umkristallisierschritt
nicht genügend von den Säurekristallen auflösen kann, um die okkludierten Verunreinigungen zu erreichen.
Von Wei^sberger »Technique of Organic Chemistry«, ι eil I (1956), S. 509 u. f., wird ein
Reinigungsverfahren beschrieben, bei welchem ein unfeiner gelöster Stoff in einem Gefäß A eingesetzt wird,
welches erhitzt wird. Der gelöste Stoff löst sich und wandert zu einem Gefäß B, das gekühlt wird. Der
Umlauf wird durch die Verbindung von Strömen hervorgerufen. Im Gefäß B wird der gelöste Stoff
auskristallisiert, und das Lösungsmittel fließt zurück turn Gefäß A.
Zwischen der bekannten Versuchsanordnung und dem Verfahren gemäß der Erfindung bestehen folgende
grundsätzliche Unterschiede:
|. Der gelöste Stoff wird vollständig gelöst und bildet eine Lösung. Es ist keine Aufschlämmung vorhanden.
2. Das Material wird nur einmal kristallisiert.
Diese beiden Unterschiede machen aber dieses bekannte Verfahren völlig unbrauchbar für die Reinigung
von Benzolcarbonsäuren. In erster Linie ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß Benzolcarbonsäuren
nur eine sehr geringe Löslichkeit haben und daher äußerst große Lösungsmittelvolumina notwendig
wären, um sie vollständig zu lösen. Das Auf-Bchlämmungsverfahren
andererseits erfordert viel weniger Lösungsmittel, besonders wenn der Umfang der
Umkristallisation auf etwa 10% beschränkt ist, wie bei dem Verfahren gemäß der Erfindung. Darüberhinaus
ist bei Verwendung von Aufschlämmungen eine geringere Temperaturdifferenz erforderlich, so daß sich eine
bessere Wärmebilanz für das Verfahren ergibt.
In der USA.-Patentschrift 28 57 429 ist ein Verfahren
zur Trennung von Isophthalsäure und Terephthalsäure unter Verwendung eines selektiven Lösungsmittels
für Isophthalsäure beschrieben.
In der USA.-Patentschrift 31 71 856 ist ein Verfahren
zur Reinigung von Terephthalsäure durch Erhitzen des Reaktionsgemischs, welches die Säure enthält, auf
eine Temperatur von 225 bis 260 C für wenigstens IO min und darauf folgende Abkühlung auf unter 170 C
beschrieben, wobei die Säure in situ umkristallisiert wird. Das bekannte Verfahren ist nicht geeignet, ein
Produkt hoher Reinheit zu liefern.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nachfolgend in Verbindung mit der Reinigung der technisch wichtigen
Terephthalsäure unter Anwendung von Essigläure als bevorzugtes Lösungsmittelmedium beschrieben,
ist jedoch auch für die Reinigung anderer Benzolcarbonsäuren, einschließlich Benzoesäure, den isomeren
Toluylsäuren, den isomeren Phthalsäuren und 5-ter.-Butylisophthalsäuren nützlich.
Die Aufschlämmung enthält stets die kristalline Substanz in zwei Zuständen, nämlich als gelösten Stoff
der gesättigten Lösung und als nichtgelöste Kristalle, die in dieser Lösung suspendiert sind. Die Anwesenheit
von nichtgelösten Kristallen zu jedem Zeitpunkt in der Kreislaufschleife verhindert jede Gefahr der
ίο Ausbildung einer übersättigten Lösung, was Störungen
bei der Regelung des Umkristailisierarbeitsgangs ergeben würde. Ein großer Überschuß an ungelösten Kristallen
im Kreislaufsystem darf andererseits nicht vorliegen, da die Aufschlämmungen ausreichend flüssig
sein müssen, um bei sämtlichen beim Verfahren auftretenden Temperaturen gepumpt werden zu können.
Außerdem wurde ermittelt, daß ein höherer Reinigungsgrad zwar mit geringer konzentrierten
Aufschlämmungen erhältlich ist, jedoch muß dies
ao mit dem zusätzlichen Aufwand der Handhabung eines größeren Volumens der Aufschlämmung aufgewogen
werden. Andererseits scheint eine Abscheidung von Feststoffen auf den Wänden von
Rohren und Gefäßen bei Aufschlämmungen, die höhere Anteile an ungelösten Feststoffen enthalten, in
geringerem Maße aufzutreten, vermutlich auf Grund der Schleifwirkung der Aufschlämmungsströmung,
oder auf Grund des zur Abscheidung auf Grund des zusätzlichen kristallinen Materials zur Verfügung stehenden
größeren Oberflächenbereichs, oder aus beiden Gründen. In jedem Fall muß das Lösungsmittel in
ausreichender Menge vorhanden sein, um sämtliches freie oder nicht eingeschlossene Fremdmaterial, das zu
entfernen ist, aufzulösen. Als Beispiel kann die Umkristallisationsaufschlämmung
üblicherweise etwa 2 bis 32% an ungelösten Feststoffen, bezogen auf das gesamte Aufschlämmungsgewicht, enthalten; dies entspricht
einer Gesamtkonzentration von etwa 5 bis 40% des kristallinen Materials im Gemisch im Fall der
Terephthalsäure.
Die Umkristallisationskreisläufe bei diesem Verfahren umfassen ein Erhitzen und eine Abkühlung innerhalb
der relativ kleinen Temperaturdifferenzen von 0,5 zu etwa 17 C. Beispielsweise werden weniger als
etwa 11 C, vorzugsweise nicht mehr als etwa 3 C in
jeder Kühlzone angewandt, wenn eine Aufschlämmung von Terephthalsäure in Essigsäure durch indirekten
Wärmeaustausch abgekühlt wird, da dies die Abscheidung von Feststoffen auf den Wärmeübertragungsoberflächen
auf einem Minimum hält. Zur Auflösung und Umkristallisation einer signifikanten Menge des
festen Materials innerhalb derartig kleiner Temperaturbereiche muß die mittlere Temperatur der im Kreislauf
geführten Aufschlämmung bei einem Wert gehalten werden, bei dem ein kleiner Temperaturunterschied
bereits eine markante Änderung der Löslichkeit des kristallinen Materials im Vergleich zu den Änderungen
der Löslichkeit bei anderen Temperaturhöhen erbringt. Hierzu ist jedoch eine relativ hohe Konzentration an
gelösten Feststoffen in der Lösung erforderlich. Es wird eine Menge an Feststoff entsprechend etwa mindestens
1 % des gelösten Materials (nicht des gesamten vorliegenden kristallinen Materials), jedoch nicht mehr
als elwa 10% hiervon bei jedem vollständigen Kreislauf der Aufschlämmung in dem Kreislaufsystem umkristallisiert
(also aus der bei höherer Temperatur vorliegenden Lösung auskristallisiert, wieder aufgelöst
usw.).
Die durchschnittliche Anzahl dieser Umkristallisationskreisläufe, denen die Aufschlämmung unterworfen
wird, hängt von dem Verhältnis der auf das Volumen bezogenen Strömungsgeschwindigkeit der im
Kreislauf geführten Aufschlämmung zu derjenigen der aus dem System abgezogenen Aufschlämmung ab. Für
die meisten Zwecke sollte die im Kreislauf geführte Aufschlämmung üblicherweise mehr als etwa 10 voll-Ständigen
Erhitzungs-Abkühlungs-Kreisläufen unterworfen werden. Im allgemeinen ist das Verfahren umso
besser, je kürzer die Verweilzeit und je geringer die Anzahl derartiger Kreisläufe bei dieser geregelten Umkristallisation
sind, sofern die gewünschte Reinheit und/oder Kristallgröße des Produkts erzielt werden.
Im Fall einer in Essigsäure dispergieren Terephthalsäure sind ausgezeichnete Ergebnisse bei Verweilzeiten
von etwa 22 min und einem Durchschnitt von etwa 66 Umkristallisationskreisläufen erhältlich, wenn mit
Temperaturunterschieden in der Größenordnung von etwa 0,56 bis 2,2 C bei mittleren Temperaturen im
Bereich von etwa 140 bis 216 C gearbeitet wird. Im oberen Teil dieses Bereichs ist der Auslaugeffekt stärker
ausgeprägt, jedoch ist die Beschickungsaufschlämmung üblicherweise eine Aufschlämmung, die bereits wesentlich
höheren Auslaugtemperaturen unterworfen worden ist, wie nachfolgend beschrieben wird.
Es ist günstig, eine hohe Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des geschlossenen Kreislaufsystems aufrechtzuerhalten,
um das gesamte vorliegende feste Material auf Grund der Turbulenz der Strömung in Suspension
zu halten. Dies mag nicht innerhalb des gesamten Kreislaufsystems möglich sein, beispielsweise nicht in
Fällen, wo ein Tank oder Kristallisationsgcfäß zur
Erhöhung der Umkristallisationsverweilzeit angewandt wird; dann kann zusätzlich mechanisches Rühren
vorgesehen werden. Weiterhin kommt in einigen Fällen ein Rührer innerhalb eines Haltetanks von mäßiger
Größe in Betracht, wobei der Tank mit einem steil verlaufenden konischen Boden versehen ist, so daß
praktisch keine waagerechten Flächen vorhanden sind, auf denen die sich absitzenden festen Teilchen ablagern
könnten. Hierbei wird dann eine Abwärtsströmung der Aufschlämmung innerhalb des Tanks erzeugt.
Häufig ist es vorteilhaft, die unreine kristalline Substanz zuvor einer Auslaugstufe bei wesentlich
höheren Temperaturen, als sie grundsätzlich bei der Umkristallisation angewandt werden, beispielsweise
um mindestens 28 C höher, zwecks Auflösung einer größeren Menge an okkludiertem Fremdmaterial zu
unterwerfen. Im Fall einer Auslaugung von Terephthalsäure mit wäßriger Essigsäure sind Temperaturen
in der Größenordnung von etwa 200 bis 305 C bei Auslaugungsverweilzeiten von z. B. einer oder mehreren Minuten zu empfehlen. Ein kombinierter Auslaug-Umkristallisations-Arbeitsgang kann im unteren
Teil dieses Temperaturbereichs bei einheitlicher Temperatur durchgeführt werden, jedoch ist es im Fall von
Auslaugtemperaturen oberhalb von etwa 220 C im allgemeinen günstig, die Umkristallisationssstufe bei
einer dazwischenliegenden Temperatur, die um mindestens 28 C niedriger, und zwar im Bereich von
140 bis 216 C liegt, anzuwenden.
Um das Verfahren durch unmittelbares Einbringen der Aufschlämmung des ausgelaugten Materials in das
Umkristallisationssystcm zu vereinfachen, wird der Einsatz des gleichen Lösungsmittels in einer auch für
die Umkristallisationsstufc ausreichenden Menge bereits für die Beschickung der Auslaugungsstufe
empfohlen. Mindestens 10".;, und vorzugsweise mehr als 40"„ der Feststoffbeschickung werden üblicherweise
beim Auslaugen gelöst.
Das sowohl zur Auslaugung als auch zur Umkrislal- !isation eingesetzte Lösungsmedium sollte so beschaffen
sein, daß ein markanter Unterschied der Löslichkeit der zur Reinigung eingesetzten Säure auftritt,
beispielsweise eine 3- oder 6fache Änderung der Löslichkeil innerhalb einer verhältnismäßig kleinen Temperaturänderung
von etwa 50 oder 100 C.
Im Fall der Terephthalsäure stellt Essigsäure das
bevorzugte Lösungsmittel dar, insbesondere, wenn sie einen geringen Wassergehalt hat, da sie der überwiegende
Bestandteil des flüssigen Reaktionsmediums bei einigen Oxydationsverfahren zur Herstellung von
Terephthalsäure ist und Essigsäure zudem während der Umsetzung gebildet wird, wenn Methyläthylketon
als Promotor vorliegt. Andere geeignete Lösungsmittel sind die übrigen niederen aliphatischen Monocarbonsäuren
mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen je Molekül, beispielsweise Propion-, n-Buttcr-, Isobutter-, Valerian-,
Trimethylessig-, Capron- und Caprylsäure, sowie Wasser, p-Xylol und andere Xylole, Tetrahydrofuran,
Ν,Ν-Dimethylformamid, Ν,Ν-Dimcthylacetamid
und Ketone, beispielsweise Methyläthylketon und Methylisobutylketon.
Essigsäure hat besonders günstige Lösungsniitteleigenschaften
insofern, als die Löslichkeit der Terephthalsäure darin bis zu etwa 190 C relativ niedrig
ist, jedoch anschließend rasch ansteigt, so daß die Terephthalsäure bei Temperaturen im bevorzugten
Auslaugebereich von etwa 215 C und darüber merklich löslich wird. Die niedrigeren Oxydationsproduktc
des p-XyloIs sind in Essigsäure jedoch beträchtlich stärker löslich als die Terephthalsäure; somit zeigen
diese Verunreinigungen eine Neigung zur Beibehaltung des gelösten Zustands während die Terephthalsäure
auskristallisiert.
Die erwünschte Teilchengröße der Kristalle kann durch entsprechende Einstellung der Verfahrensbedingungen
erreicht werden. Sowohl eine Erhöhung der Verweilzeit als auch eine Erhöhung der Anzahl der
Erhitzungs-Abkühlungs-Kreisläufe unter Zunahme der Gesamtmenge des umzukristallisierenden und umzulösenden
festen Materials, als auch eine Abnahme des Tcmperaiurabfalls der Aufschlämmung in der Kühlzone
fördern eine Erhöhung der durchschnittlichen Kristallgröße; umgekehrtes gilt, wenn man Kristalle
von kleinerer Größe herzustellen wünscht.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Die Fig. 1 stellt ein Fließschema einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung dar, bei
der der im Kreislauf geführten Aufschlämmung die
erforderliche Wärme durch Einleitung einer heißeren
Auslaugungsaufschlämmung zugeführt wird.
Die Fig. 2 ist ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die im Kreislauf
geführte Aufschlämmung durch indirekte Wärmeübertragung erhitzt wird.
Die Fig. 3 ist ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der eine relativ kalte
Aufschlämmungsbeschickung zur Abkühlung der im Kreislauf geführten Aufschlämmung eingeführt wird.
Gemäß Fig. 1 wird ein roher Filterkuchen aus Tcrcphthalsäurekristallcn, der noch 10 bis 20 Gewichtsprozent an Rcaktionsmutterlauge enthalten kann, zusammen mit Essigsäure einem Aufschlämmungstank 1(1
zugeführt, worin ein Rührwerk 12, beirieben durch einen Motor 14, die Feststoffe unter Hiltluny einer
relativ einheitlichen Dispersion mit etwa X bis 20",,
Terephthalsäure in der Flüssigkeit, beispielsweise 15",,
des Gewichts der gesamten Aufschlämmung, aufschlämml.
Das Auslaugungslösungsmittel besieht günstigerwcise
aus Essigsäure mit einem Gehalt von etwa I bis 4 Gewichtsprozent Wasser, sie kann aus einem
Oxydationsverfahren durch einen Destillalionsarheilsgang zurückgewonnen worden sein.
Die erhaltene Aufschlämmung wird vom Hoden des Tanks 10 in die Übertragungsleitung 16 abgenommen
und durch eine mehrstufige Aufschlämmungspumpcnanordnung
18 durch das Rohr 20 in den Auslaugungsaufschlämmungsvorcrhitzer 22 gedrückt, der mit einer
durchlaufenden Rohrschlange 24 ausgerüstet ist. Die Aufschlämmungsbcschickung in der Vorhcizschlange
24 wird auf eine Temperatur von etwa 216 C erhitzt, bevor die Aufschlämmung in die Laugungseinheit 26
eintritt.
Die Laugungsschlange 28 ist eine Fortsetzung der Vorheizschlange 24 und weist etwa 350",, der Länge
der letzteren auf. Die Aufschlämmung wird bei 216 C gehalten, während sie durch die Schlange 28 geführt
wird, beispielsweise indem ein Teil oder die Gesamtmenge eines Brenngasabstroms vom Aufschlämmungserhitzcr
22 zusammen mit ausreichend Luft zur geeigneten Temperierung des Abgases gesammelt und dann
dieses Gasgemisch durch das Doppclwandgchäuse 30 gesaugt wird, welches die Schlange 28 im (Ofen 26
umgibt. Da diese Auslaugtemperatur beträchtlich oberhalb des Siedepunkts der Essigsäure bei Atmosphärendruck
liegt, werden die Schlangen unter einem Druck von 28 atü oder mehr gehalten, um ein Sieden der
Aufschlämmung zu vermeiden, und das gleiche gilt für den anschließenden Kristaliisicrahschnitt.
Die Schlangen 24 und 28 sowie die anderen Vorrichtungsteile, die der Essig- oder ähnlichen Säuren
bei Temperaturen oberhalb etwa 150 C ausgesetzt
sind, bestehen vorzugsweise aus Titan oder sind mit diesem oder einem anderen Material von ähnlicher
Korrosions- und Wärmeheständigkeit belegt oder ausgekleidet, um eine Verunreinigung des Produkts mit
Korrosionsprodukten zu vermeiden. Bei Temperaturen unterhalb etwa 150 C kann dafür ein rostfreier
Chrom-Nickel-Stahl vom IS-X-Tv ρ verwendet
werden.
Dieser Auslaugarbcitsgang ist von relativ kurzer Dauer, da die gesamte Vcrwcilzeit in den Schlangen
24 und 28 nur etwa 9 bis 10 min betragt. Die Löslichkeit der Terephthalsäure in 97"„iger Essigsäure bei
216 C beträgt etwa 3 Gewichtsprozent: wenn deshalb eine Aufschlämmung mit der bevorzugten Konzentration
von etwa 15",, Terephthalsäure eingebracht wird, verbleibt die Hauptmenge der Terephthalsäure
in kristalliner Form in Suspension im flüssigen Medium. Bei einer derartigen Aufschlämmung, die einen
Überschuß an ungelöstem Feststoff, suspendiert in der gesättigten Lösung des Auslauglösungsmittcls. enthält,
tritt am Anfang im wesentlichen lediglich eine Auflösung ein, wenn die Aufschlämmungstcmperatur in der
Heizschlange 24 ansteigt, während dann in der Tauchschlange 28 eine fortgesetzte Gleichgcwichtscinstcllung
zwischen dem sich auflösenden kristallinen Material und dem auskristailisiercndcn gelösten Stoff mit entsprechendem
Aufbruch der Struktur der ursprünglichen Tcrcphthalsäurckristalle und erneuter Bildung
derselben unter Freigabe der Hauptmenge des in den ursprünglichen Kristallen vorliegenden p-Carho\yben/aldehyds
und der p-Toluylsäure stattfindet. Diese beiden Verunreinigungen sind in der heißen Essigsäure
stärker löslich als die Terephthalsäure und liegen in \seil niedrigerer Konzentration darin vor: infolgedessen
besteht nur eine geringe Neigung, daß diese Verunreinigungen erneut während der I'mkrislallisation
der Terephthalsäure okkludieri werden.
Das Absitzen der suspendierten Teilchen und die
ίο Ansammlung von festen Abscheidungen am Boden
der Rohrschlangen, insbesondere an den Rohrbiegungen,
wird durch Aufrcchlcrhaltung einer ausreichenden Geschwindigkeit der Strömung durch die Schlangen
24 und 28 und durch entsprechende Anordnung der Rohrleitungen verhindert.
Die die Schlange 28 mit etwa 215 C verlassende Aufschlämmung wird an die kurze, mil einem Hcizmantcl
versehene Verbindung 32 abgegeben, wo sie sich mit einer Strömung der Umkristallisationsaufschlämmung
von 7()fachcm Volumen in Leitung 34 vereinigt. Dieses Kreislaufsystem besteht aus einer
Umlaufpumpe 36. einem Kühler 38, einem Kristallisiergcfäß 40 mit einem Rührwerk 42, welches durch
einen Motor 44 angetrieben wird, und den Vcrhindungsleitungen 34. 46, 48 und 50, die die Schleife vervollständigen.
Das Erhitzen der im Kreislauf geführten Aufschlämmung erfolgt direkt durch die aus Leitung 32
eintretende heiße Auslaugungsaufschlämmung. die Kühlung findet dagegen im indirekten Wärmeaustausch
in Einheil 38 mit einem flüssigen Kühlmittel statt, welches aus Zufuhrleitung 52 eingeführt und durch
Rohrleitung 54 abgezogen wird.
Die auskristallisicrende Aufschlämmung wird bei 163 C aus dem Gefäß 40 über die Bodenleitung 34
abgezogen, wo sie sich mit einer beträchtlich kleineren
Strömung der heißeren ausgelaugten Aufschlämmung vereinigt. Durch dieses Vermischen wird die aus
Leitung 32 eintretende Auslaugaufsehlämmimg rasch
abgekühlt; ein größerer Anteil der darin gelösten Terephthalsäure kristallisiert aus, wobei zugleich die
durchschnittliche Temperatur des Stromes in Leitung 34 um etwa 0.6 C erhöht wird, so daß ein geringer
Anteil des kristallinen Feststoffs in der aus dem Bodenteil des Kristallisators 40 strömenden Aufschlämmuni;
erneut gelöst wird. Durch die Pumpe 36 wird danr das Gemisch der Aufschlämmungcn über die Leitung
46 durch die Rohre des Rohrbündcl-Wärmcaustauschers 38 gedrückt, wo die Temperatur des Aufschläinmungsstromcs
durch indirekten Wärmeaus-
5» lausch auf 163 C unter Auskristallisation eines nut geringen Anteils der gelösten Terephthalsäure gcscnki
wird. Um eine plötzliche Abschreckung der Aufschlämmung bei Berührung mit den Rohren und eine
daraus entstehende rasche Verstopfung derselben mil kristallinen Abscheidungen zu verhindern, wird zweckmäßig
ein bei mäßiger Temperatur gehaltenes Kühl mittel, und zwar von einer Temperatur von ctw;
14 bis 28 C unterhalb der Temperatur der im Krcislau: gehaltenen Aufschlämmung, in den Kühler eingeführt
fi(l Die abgekühlte Aufschlämmung tritt in das Rohr 4f
aus und teilt sich dann zwischen der Rückführleituni
50 und der Abführleitung 56 in einem Volumvcrhälini:
von 70: 1 auf. Durch die Rückführlcitung 50 win
somit ein großer Anteil zurück zum Krtslallisicrgefäl 40 geführt, während ein weit kleinerer Teil der um
kristallisierten Aufschlämmung über Leitung 56 zu weiteren Verarbeitung abgenommen wird. Sclhsuer
ständlich entspricht die Abzugsralc der umkristallisicr
Λ09 651 133
ten Aufschlämmung aus Leitung 56 der Zufuhrrate
der ausgelaugten Aufschlämmung aus der Schlange 28 in die Umlaufschleifc.
Ausgezeichnete Ergebnisse sind mit einer durchschnittlichen
Verweil/eit in der Kristallisierschleife von 22 min bei einer Strömungsgeschwindigkeit, die einer
Frequenz von etwas mehr als 3 Erhitzungs-Abkühlungs-Kreisläufen/min
entspricht, erhältlich, so daß die Aufschlämmung durchschnittlich 70 Kreisläufen
der Auflösung und Auskristallisation unterworfen wird. Auf Grund der hohen Krieslaufgeschwindigkeil
ist die durchschnittliche Menge der aufgelösten und auskristallisierten Terephthalsäure relativ hoch und
beträgt etwa 7,6°,, des Terephthalsäuredurchsatzes
(zusätzlich zu der etwa gleichen Menge der anfännliehen Auskristallisation, die in der in die Kristallisierschleife
eintretenden Aufschlämmung auftritt); dies trotz der Tatsache, daß die im Kreislauf gehaltene
Aufschlämmung nur innerhalb eines Temperaturunterschieds von nur etwa 0,6 C erhitzt und abgekühlt wird.
Durch diese kleinen Temperaturänderungen in der im Kreislauf gehaltenen Aufschlämmung scheint andererseits
nicht nur die Reinheit des umkristallisierten festen Materials verbessert zu werden, sondern wesentlich
auch die Abscheidung von Terephthalsäurekristallen in den Rohren des Kühlers 38 verringert zu werden,
welche ein dauerndes und störendes Problem bei Verfahren dieser Art ist.
Obwohl auch andere Temperaturen zur Behandlung von Terephthalsäure mit Essigsäure angewandt werden
können, wird es allgemein bevorzugt, zur Umkristallisation von Terephthalsäure aus der Aufschlämmung
bei relativ hohen Temperaturen, beispielsweise 140 bis 215 C zu arbeiten, die mindestens etwa 28 C unterhalb
der zur Auslaugung verwendeten Temperatur von beispielsweise 205 bis 275 C und wesentlich höher als
die anschließende Filtrationstemperatur von beispielsweise 70 bis 105 C liegen. Der Umkristallisationsarbeitsgang
kann in einer oder mehreren Stufen erfolgen.
Nach Vcriasser der Kristallisationsschelife strömt die Produktaufschlämmung durch Leitung 56 zu dem
ersten von zwei automatischen Druckreaelventilen 58 und 60. Das erste oder stromaufwärtsliesende
Druckrcgelventil 58 ist auf etwa 21 atü oder mehr eingestellt,
um eine Verdampfung der Aufschlämmung bei den herrschenden hohen Temperaturen in der
Schlange 28 bzw. der Schleife zu verhindern; das zweite oder stromabwärtsliegende Ventil 60 ist auf einen
Druck von 7 atü eingestellt, um ein Abdampfen über das Ventil 58 zu verhindern. Die relativ kalte Produktaufschlämmung, beispielsweise von 82 C, aus dem
Lagerungs- und Kühltank 62 wird durch die Pumpe 64 über die Leitungen 66, 68 und 70 zur Leitung 72
zurückgeführt, um die Temperatur der Aufschlämmung zwischen den beiden Ventilen auf den Bereich von etwa
93 bis 110 C zu erniedrigen, so daß die Verdampfung fiber das zweite Regenventil 60 auf einem vertretbaren
Wert, beispielsweise 15% der Flüssigkeit, bleibt und Verstopfung und übermäßige Abnützung des Ventils
vermieden werden.
Druckverminderungen können auch in drei oder mehr Stufen durchgeführt werden; ferner können zwei
oder mehr Zwischenstufenabkühlungsarbeitsgänge angewandt werden. Das vorliegende Verfahren kann
auch bei Atmosphärendruck durchgeführt werden, oder es kann eine einstufige Druckverminderung ausreichend sein.
Nach der Druckentlastung wird die Aufschlämmung durch Leitung 74 zum mit Rührwerk 16 versehenen
Tank 62 transportiert. Dieser Lagerungstank kann bei einem absoluten Druck von 0.4 bis 0.6 atm gehalten
werden, wobei die eintretende Aufschlämmung weiter auf eine Temperatur von etwa 82 C durch Verdampfung
des Lösungsmittels abgekühlt wird. Der Dampf wird durch Leitung 78 und den mit einer Gas-Flüssigkeits-Trenneinrichlung
84 über Leitung 82 verbundenen Kühler 80 abgezogen. Die Saugwirkung wird durch eine Strahlpumpe 86 für Dampf- oder Wasserbetrieb
erreicht, die mit der Trenneinrichtung über Leitung 88 verbunden ist. Die durch Abkühlung im
Kondensator 80 kondensierte Flüssigkeit, die hauptsächlich aus Essigsäure und Wasser besteht, wird durch
Leitung 90 zum Tank 62 unterhalb des darin befindlichen Flüssigkeitsniveaus zurückgeführt.
Die abgekühlte Aufschlämmung wird aus dem Tank 62 über die Bodenleitung 66 abgezogen und durch die
Pumpe 64 und die Übertragungsleitung zwecks Abtrennung der gereinigten Kristalle vom gelösten
Fremdmaterial z. B. in einen Vakuumfilter gefördert; die Mutterlauge kann zur Oxydationsstufe rückgeführt
werden.
Es kann auch eine andere Art von Abkühlung in Verbindung mit dem vorliegenden Verfahren angewandt
werden. Bei dieser Abwandlung def vorliegenden Verfahrens wird die Abkühlung in der KristallisierseMeifc
der Fig. 1 entweder vollständig oder teilweise durch direkte Wärmeübertragung zwischen der
erhitzten im Kreislauf geführten Aufschlämmung und einer kühleren Produktaufschlämmung erzielt, die
nach dem Austritt aus der Umkristallisatlonsstufe. d. h.
der Schleife abgekühlt und dann zu dem Kristallisierabschnitt aus dem Lagertank 62 zurückgeführt wurde.
Um diese Kreislaufführung zu erreichen, wird ein Teil des in Leitung 70 strömenden Aufschlämmungsprodukts
durch d.e Zweigleitung 92 abgenommen und mit einer Aufschlämmungspumpe 94 "durch Leitung 9i
zurück zur Schleife entweder als Ersatz für die odei zur Ergänzung der durch den Wärmeaustauscher 38
bewirkten Abkühlung gepumpt. Dies erfordert Öffnung der Ventile in den Leitungen 92 und 96, die während
des vorstehend beschriebenen Arbeitsverfahrens geschlossen gehalten werden.
Im Kühler 38 bilden sich Beläge auf Grund der Abscheidung von Kristallen auf "den Kühlrohroberflächen
aus; durch den direkten Wärmeaustausch werden Verstopfung bzw. Belagbildung jedocli
verringert oder vermieden. Wenn die Umkristallisationsabkühlung völlig durch direkte Wärmeübertragung bewirkt wird, kann an dem Austauscher 38 vorbeigeführt bzw. dieser weggelassen werden, oder dei
Fluß des indirekten Kühlmediums kann unterbleiben. Jedoch kann es günstig sein, eine kombinierte Kühlung
sowohl durch indirekten als auch durch direkten Wärmeaustausch unter verringerter Zufuhr Kühlmittel
durch den Kühler 38 zugleich mit einer verringerter Fließrate der im Kreislauf geführten Produktaufschlämmung anzuwenden. Indem hierdurch mindestens
ein Teil der Kühlleistung von der kühleren Kreislaufaufschlämmung übernommen wird, kann die Zeit, während der Austauscher 38 einsatzfähig bleibt, beträchtlich erhöht werden. Trotz Zunahme der Pumpkosten
und einer größeren Bemessung der Umkristallisationsschleife, die bei der Kreislaufführung der Produktaufschlämmung zum Zwecke der Kühlung auftritt, ist es
gunstig, so weit als möglich die Kühlleistung des vor-
liegenden Kristallisationssystems auf das Kühlsystem
des Lagertanks 62 zu übertragen, um Ablagerungsproblemc
zu vermeiden.
Im in Fig. I gezeigten Verfahren erfolgt eine Abkühlung
der heilten Auslaugungsaufsehlämniung über
ein bedeutendes Temperaturintervall auf die Kreislaufaufselilämmungstemperatur,
und dies erfolgt so rasch, tatsächlich praktisch augenblicklich, daß es einer Abschreckungswirkung entspricht. Die rasche Abkühlung
einer gesättigten Lösung kann unerwünschte Effekte auf Grund einer solch raschen Kristallbildung
nach sich ziehen, insoweit als die gebildeten Kristalle praktisch die Gesamtmenge oder doch einen größeren
Anteil der ursprünglichen Verunreinigungen enthalten und weiterhin eine rasche und massive Abscheidung
von Kristallen auf den abgeschreckten Oberflächen des indirekten Kühlers bewirkt wird. Diese beiden Erscheinungen
werden durch die Ausbildung eines zeitweilig erheblichen Übersättigungsgrads in der Lösung
durch zu rasches Abschrecken verursacht.
Ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt nun in der hohen Kreislaufgeschwindigkeit, welche
derartige unerwünschte Effekte verhindert, da die heiße Aufschlämmung in einem weit größeren Volumen der
im Kreislauf gehaltenen Aufschlämmung abgeschreckt wird, die ausreichend rasch strömt, um eine schnelle
Durchmischung zu gewährleisten, so daß das flüssige Medium der vereinigten Aufschlämmungen niemals in
irgendeinem signifikanten Ausmaß übersättigt ist; weiterhin steht die heiße Aufschlämmung niemals in
Berührung mit abgeschreckten Oberflächen in der Kristallisierschleife.
Es sind noch weitere Modifikationen bei dem allgemeinen in Fig. 1 gezeigten Verfahren möglich, die von
Bedeutung sind, falls Schwierigkeiten auf Grund der raschen Verstopfung der Rohre im Kühler 38 mit
kristallinen Abscheidungen auftreten. Beispielsweise kann der einzige Kühler 38 gemäß der Zeichnung
durch zwei ähnliche Kühler ersetzt werden, die parallel angeordnet sind und von denen jeder getrennte Leitungsverbindungen
mit Ventilen besitzt, die ein Ende tedes Kühlers mit der Einlaßleitung 46 und jeweils das
andere Ende mit der Auslaßleitung 48 verbinden. Mit dieser Maßnahme kann die Strömung der im Kreislauf
geführten Aufschlämmung periodisch zwischen den beiden Kühlern verteilt werden, so daß ein Kühler in
Betrieb gehalten wird, während der andere zur Beseitigung der festen Abscheidungen abgeschaltet wird,
worauf man beispielsweise eine Strömung von heißer Essigsäure zur Auflösung der leichten Abscheidungen
und Wasserstrahlen von sehr hoher Geschwindigkeit zur Entfernung von schweren Abscheidungen einwirken läßt.
Es liegt auch im Bereich der Erfindung, daß statt eines Kühlers zwei oder mehr ähnliche Kühler in Reihe
an Stelle einer Parallelanordnung eingesetzt werden können. Bei dieser Modifizierung kann jeder einzelne
der in Reihe liegenden Wärmeaustauscher in geeigneter alternierender Reihenfolge entweder mit abgeschaltetem Kühlmittel, wobei die im Kreislauf geführte Aufschlämmung hindurchströmt, ohne erhitzt oder abgekühlt zu werden, oder zur Reinigung mit einem flüssigen, mäßig erhitzten Heizmedium betrieben werden,
wobei die volle Strömung der im Kreislauf geführten Aufschlämmung rasch die Abscheidungen innerhalb
der Rohre löst; in der Zwischenzeit wird die Kühlfunktion von einem oder mehreren der anderen
Wärmeaustauscher übernommen. Eine Parallelanordnung der Wärmeaustauscher wird gegenüber einer
Reihenanordnung bevorzugt, da sie günstiger für eine Beibehaltung einer konstanteren Temperatur in der
Austrittsleitung 48 ist und auch weniger Widerstand gegen die Strömung der Aufschlämmung leistet.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung
gezeigt, wobei die für den Kreislauf erforderliche Wärme durch indirekten Wärmeaustausch geliefert
wird.
ίο Bei diesem System wird die Bcschickungsaufschlämmung,
z. B. aus dem rohen Terephthalsäurefilterkuchen in Essigsäure, mit hohem Druck durch die Beschikkungslcitung
20 in den Vorerhitzer 100 gepumpt, worin die Aufschlämmung von einer Temperatur von etwa
66 C auf beispielsweise 140 C erhitzt wird. Durch die
Leitung 102 wird dann die vorerhitzte Aufschlämmung in einer Menge von 380 l/min unter einem Druck von
28 atü aus dem Erhitzer 100 über die Leitungsschleife 104 von beträchtlich größerem Durchmesser in die
»ο Kreislaufschlcife eingeführt, wo das Substrat auf einen
Strom der im Kreislauf geführten Aufschlämmung der gleichen Zusammensetzung trifft, der aus dem Erhitzer
106 mit einer Temperatur von 206 C und der hohen Strömungsgeschwindigkeit von 75 700 I min abgezogen
a5 wird. Die vereinten Aufschlämmungen werden mit
etwa 205 C in eine Aufschlämmungspumpe 108 gefördert, die sie durch die Übertragungsleitung 110 in den
indirekten Kühler 112 treibt. Dieser Rohrbündel-Kühler verwertet siedendes Wasser als Kühlmittel, das
als heißes Wasser unter Druck durch die Leitung 114 zugeführt wird und als Dampf im Rohr 116 abgeht,
wodurch die Temperatur der im Kreislauf geführten Aufschlämmung nur geringfügig auf 204 C zur Ausknstallisation
verringert wird. Die abgekühlte und umkristallisierte Aufschlämmung tritt in die Übertragungsleitung
118 ein und wird dann zwischen der Rückführleitung 120 und der Abgabeleitung 122 in
einem Volumverhältnis von 200: 1 aufgeteilt. Durch die Rückführleitung 120 wird die Hauptmenge der
Aufschlämmung zurück zum indirekten Wärmeaustauscher 106 geführt, worin sie erneut auf etwa 206 C
mit Hilfe eines flüssigen Heizmediums erhitzt wird, das in den Mantel durch Leitung 124 eingeführt und durch
126 abgezogen wird. Ein kleiner Anteil der umkristallisierten
Aufschlämmung wird durch 122 abgezogen und nach Druckverringerung den weiteren vorstehend aufgeführten
Maßnahmen unterworfen.
Es handelt sich somit um ein kombiniertes Auslaug- und Umkristallisationssystem, das im Kreislauf arbei-
tet. Durch Regulierung der dem Ei hitzer 106 zu- und
der im Kühler 112 abgeführten Wärmemenge in Verbindung mit der Förderleistung der Pumpe 108 wird
es möglich, die Geschwindigkeit der Auflösung unc der Umkristallisation des Materials in der Kreislauf·
schleife zu regeln. Beispielsweise ist es mit einer stund
liehen Aufschlämmungsbeschickungsmenge voi 3400 kg Terephthalsäure in 20 400 kg Essigsäure be
einem Wärmeeinsatz von 6048 · 103 kcal/h im Erhitze
106 und einer Wärmeabnahme von 5141 · 103 kcal/1
im Kühler 112, wobei die durch die Beschickunj absorbierte Wärme dem Restbetrag entspricht, mög
lieh, insgesamt 3400 kg Tercphthalsäure/h aufzulösei
und auszufällen, d. h. eine Menge gleich dem gesamte) Durchsatz, obgleich die Löslichkeit der Terephthal
5 säure in Essigsäure nur etwa 2 Gewichtsprozent bt
204 C beträgt. Wenn die Auslaugungs- oder Aul lösungstemperatur und die Auskristallisationstempe
ratur innerhalb weniger Grad Differenz gehalten wire
wird das Ausmaß der zeitweiligen Übersättigung beim Abkühlen auf ein Minimum «ebracht, und es bilden
sich größere und reinere Kristalle.
Es ist darauf hinzuv eisen, daß die durchschnittliche Temperatur bei diesem speziellen Kreislaufschleifenarbeitsgang
etwa 42 C höher ist als bei dem in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Verfahren. Dies ist
günstig zur Erhöhung des Auslaugeffekts, da in diesem Fall kein vorheriger Auslaugarbeitsgang angewandt
wird. Bei einer Aufschlämmung aus Terephthalsäure in Essigsäure wird es bevorzugt, diese spezielle Ausführungsform
des Verfahrens bei einer Temperatur zwischen etwa 177 und 221 C auszuführen.
Ein besonderer Vorteil der in Fig. 2 gezeigten Verfahrensmodifikation
liegt in der Tatsache, daß die K reislauf schleife sowohl einen indirekten Erhitzer als
auch einen indirekten Kühler enthält; dies ermöglicht es, die Funktionen der beiden Wärmeaustauschvorrichtungen
umzukehren, falls Ablagerungen oder Abscheidungen von Kristallen im Kühler erfolgen
sollten. Durch Anwendung eines temperierten Kühlmittels im Kühler kann die Neigung zur Abscheidung
vermindert werden, sie kommt jedoch trotzdem in einigen [-allen zustande. In diesem Fall
kann dieser Zustand sehr einfach behoben werden. indem der Kühler 112 mit einem flüssigen Heizmedium
zum Zwecke der Auflösung der kristallinen Abscheidungen in der durch die Rohre strömenden Aufschlämmung
erhitzt und gleichzeitig der Erhitzer 106 gekühlt wird. 3"
Obwohl diese Umkehrung der Arbeitsgänge mit dem in der Zeichnung dargestellten vereinfachten
System mit relativ guten Ergebnissen durchgeführt werden kann wird es bevorzugt, eine Zweigleitung zur
Förderung der Aufschlämmungsbeschickung von Leitung 102 zur Schleifenleitung 120 und eine weitere
Überbrückungsleitung, die die Schleifenlcitung 1(14 mit der Abgabcleitung 122 verbindet, hinzuzufügen. Auf
diese Weise wird die Produktaufschlämmung aus dem abgekühlten umkristaUisicrten Strom in der Schleife
abgezogen und die frische Aufschlämmung an der entgegengesetzten Seite der Schleife zugeführt, so daß
sämtliche Kurzschlußführungen vermieden werden.
Bei dem in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Verfahrensmodifikationen trat die Aufschlämmung bei
einer Temperatur ein, die wesentlich unterhalb der Durchschnittstemperatur der im Kreislauf geführten
Aufschlämmung in der Schleife lag, jedoch ist dies für diese Arbeitsweisen nicht entscheidend. Die Aufschlämmungsbeschickung
kann auch bei der Temperatur der den Erhitzer 106 verlassenden Aufschlämmung
oder sogar bei etwas höherer Temperatur eingeführt werden, insbesondere im Hinblick auf die
relativ niedrige Beschickungsmenge im Vergleich zu der Strömung der im Kreislauf geführten Aufschlämmung,
da dies lediglich eine entsprechende Einstellung der Heiz- und Kühlbelastungcn der Wärmeauslauscher
106 und 112 erfordert. In den meisten Fällen ist es jedoch günstig, das Verfahren in der Weise durchzuführen,
daß eine beträchtliche Menge und bevorzugt der Hauptteil der Wärmezufuhr an die Schleife durch
den indirekten Wärmeauslauscher 106 geliefert wird. Das Verfahren der Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen
der Fig. I in diesem speziellen Gesichtspunkt.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Variante der Erfindung.
Fine Aufschlämmung ähnlich der im Aufschlämmungstank
IO der Fig. I hergestellten, jedoch mit einem gesamten Tereplithalsäuregehalt von 25",, und
60 einer Temperatur von etwa 60 C wird in einer Menue
von 380 i/min bei einem Druck von 35,2 atü durch die Leitung 20 der Fig. 3 in die Schleife gepumpt und
unmittelbar vor dem vergrößerten I-citungsabschnitt oder Tank 130 von ausreichendem Volumen, der als
Kühl- und Kristallisationszone dient, mit einer Strömung der heißen, in der Rückführleitung 128 im Kreislauf
geführten Auslaugeaufschlämmung von 10 (HO
i/min und 254 C vermischt. Durch das Mischen der beiden Aufschlämmungsströme wird die im Kreislauf
geführte Aufschlämmung aus Leitung 128 um etwa 9 C abgekühlt, so daß ein Teil der gelösten Stoffe
ausfällt, während die BeschickungsaufschlämmuiiL' aus
der Leitung 20 stark erhitzt wird, wodurch sich eine Auslaugung der suspendierten Terephthalsäure
ergibt.
Das Aufschlämmungsgemisch strömt dann durch die Übertragungsleitung 134, welche, wie die I.eitunc
128, einen großen Durchmesser hat, mit einer Temperatur von 246 C zur Umlaufpumpe 136 für axiale
Strömung, durrh die die Aufschlämmung durJi die
Rohre des Erhitzers 138 getrieben wird, worin die Aufschlämmung
indirekt auf eine Temperatur von 254 ( erhitzt wird, i.in Rohrbündel Wärmeaustauscher ist tür
diesen Zweck geeignet, der zweckmäßigerweise durch eine siedende Flüssigkeit erhitzt wird, die mit 350 C
durch die Zufuhrleitung 140 eingeführt und über die Leitung 142 abgelassen wird, nachdem im (iegensiivm
der Wärmeaustausch mit der Aufschlämmung erfeliM
ist.
Der Strom verläßt den Wärmeaustauscher 1.38 als Aufschlämmung, die etwas weniger Terephthalsäure
in Suspension und etwas mehr Lösung einhalt, und wird in zwei Ströme unterteilt, wovon der eine mit
einem Durchsatz von 10 030 l/min durch die Rüekführleitung
128 im Kreis geführt wird, während ein weit geringerer Strom von 454 l/min durch Leitung 32
als ausgelaugte Produktaufschlämmung abgenommen wird. Die Volummenge an abgezogener Produktaulschlämmung
ist höher als die Aufschlämmungsheschickungsmenge in Folge der thermischen I \pansion
der Aufschlämmung innerhalb der Schleife. Dieses Schleifensystem hat ein Volum von 2877 I: die durchschnittliche
Verweilzeit beträgt infolgedessen etwa
6 min. Das Verhältnis von Kreislaufsirömung zu Produktströmung
von 22: 1 ergibt einen Durchschnitt von 22 vollständigen Heiz-Abkühlungsgängen. während
denen sich die Aufschlämmung im geschlossenen Auslaugsystem befindet. Infolgedessen tritt eine sehr wirksame
Auslaugung ein.
Wenn man andererseits wünscht, die Produktaufschlämmung bei einer etwa 9 C niedrigeren Temperatur
abzunehmen, kann das Produkt durch die Leitung 132 oberhalb des Erhitzers abgenommen werden:
Leitung 32 wird dann nicht benutzt. Jedoch erbringt diese Verfahrensweise eine Gefahr, weil etwas Kurzschlußrührung
insofern erfolgen kann, als ein größerer als der übliche Anteil der frischen, durch die Leitung 20
eingeführten Aufschlämmung durch die Ahlaßlcitung 132 abgezogen werden kann, bevor er auch nur einen
einzigen Durchgang durch die Schleife beendet hat.
Da dieses Schleifenauslaugsystem bei einer Temperatur oberhalb der optimalen Temperatur zur Tcrephthalsäureumkristallisation
betrieben wird, wird die entweder in Leitung 32 oder 132 abgenommene ausgelaugte
Aufschlämmung günstigerweise zunächst einer Auskristallisation bei einer dazwischenliegenden Temperatur,
d. h. oberhalb der Temperatur, bei der die
Aufschlämmung später filtriert wird, unter Anwendung einer mittleren Temperatur von etwa 177 C unterzogen.
Ciese Auskristallisation kann zwar nach beliebigen Verfahrensweisen geschehen, wird jedoch bevorzugt
nach der erfindungsgemäßen Methode, ebenfalls in einer Schleife vorgenommen. Beispielsweise kann die
ausgelaugte Aufschlämmung anschließend in der für die heiße Auslaugaufschlämmung in Leitung 32 der
Fig. I beschriebenen Weise verarbeitet werden, so daß somit zwei Schleifen aneinander gekoppelt arbeiten,
wobei die heiße Auslaugproduktaufschlämmung die gesamte zur cyclischen Umkristallisation notwendige
Wärme liefert, während die indirekte und/oder direkte
Kühlung mit der relativ kalten Produktaufschlämmung,
die vom Tank 62 zur Schleife rückgeführt wird, vorgenommen werden kann.
Es ist auch selbstverständlich, daß die Verfahrensführung gemäß Fig. 3 auch bei einer mittleren Kreislauftemperatur
von etwa 204 C in ähnlicher Weise wie bei dem in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden kann, wobei jedoch der Vorerhitzer 100 und der indirekte Kühler 112
ίο weggelassen werden, so daß sich ein kombiniertes Auslaug-Umkristallisationsverfahren ergibt, bei dem
kein anschließender getrennter Kristallisationsarbeitsgang
mehr erforderlich ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
•9 651/135
Claims (7)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Umkristallisation von Benzolcarbonsäuren, insbesondere Terephthalsäure,
durch Erhitzen und Abkühlen einer Aufschlämmung der Säure in gesättigter Lösung,
wobei stets ein Teil nicht gelöster Säure vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Aufschlämmung in einer mit einer Aufschlämmungszuführung und einer Aufschlämmungsabführung
versehenen Schleife im Kreislauf führt und die Aufschlämmung alternierend in einem Temperaturintervall von 0,5 bis etwa 17 C
im Mittel wenigstens lOmal in der Weise erhitzt ss
und abkühlt, daß jedesmal mindestens etwa 0,2 Gewichtsprozent, insbesondere etwa 1 bis etwa 10 Gewichtsprozent,
des gelösten Säureanteils umkristal-Jistert
«erden.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufschlämmung durch Zurnischung
einer Aufschlämmung von höherer Temperatur erhitzt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufschläm- »5
mung durch Zugabe einer Aufschlämmung von niedrigerer Temperatur abkühlt, insbesondere einer
Aufschlämmung, die vorhergehend aus der Schleife abgezogen und dann durch Verdampfungskühlung
abgekühlt wurde, oder durch Zugabe von frischer Beschickungsaufschlärnmung von niedrigerer Temperatur.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufschlämmung
aufeinanderfolgend durch zwei Schleifen im Kreislauf führt, wobei das Erhitzen in der zweiten
Schleife durch die aus der ersten Schleife abgezogene Aufschlämmung bewirkt wird und wobei die
Kristallisationstemperatur der zweiten Schleife vorzugsweise
etwa 28 C niedriger ist ais die Kristalli- *°
sationstemperatur in der ersten Schleife.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufschlämmung in den
Kühlbereich der ersten Schleife mit einer solchen Temperatur einführt, daß dort eine Abkühlung des +5
umlaufenden Stromes herbeigeführt wird, und die aus dem heißen Bereich der ersten Schleife abgezogene
Aufschlämmung in den heißen Bereich der zweiten Schleife mit einer solchen Temperatur einführt,
daß eine Erhitzung des umlaufenden Stromes bewirkt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmedium Essigsäure einsetzt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Umkristallisation von
Terephthalsäure eine Temperatur von etwa 177 bis 221 C einhält.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US80518769A | 1969-03-07 | 1969-03-07 | |
US80518769 | 1969-03-07 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2004274A1 DE2004274A1 (de) | 1970-09-24 |
DE2004274B2 DE2004274B2 (de) | 1976-05-06 |
DE2004274C3 true DE2004274C3 (de) | 1976-12-16 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2437846C2 (de) | ||
DE60207852T2 (de) | Kristallisationsverfahren zur herstellung von gereinigten aromatischen dikarbonsäuren | |
DE2708034C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von aromatischen Dicarbonsäuren | |
DE2951703C1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Verhinderung einer Verschmutzung von halbdurchlaessigen Trennmembranen | |
DE2261801C3 (de) | Kontinuierliches Verfahren zum Auskristallisieren eines kristallisierbaren Materials | |
DE2231863A1 (de) | Verfahren zur erhoehung der konzentration einer schlaemme und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE2616182A1 (de) | Verfahren zur herstellung von aluminiumoxid | |
DE60118766T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur kristallisierung | |
EP0085791B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Stofftrennung eines flüssigen Gemisches durch fraktionierte Kristallisation | |
DE2353591A1 (de) | Verfahren zur herstellung von hochreinen, freifliessenden pyrolusitkristallen | |
DE2714985C2 (de) | Verfahren zur Reinigung von Terephthalsäure | |
DE1794084B2 (de) | Vorrichtung zum kontinuierlichen gewinnen von kristallen aus einer schmelze oder loesung | |
DE2004274C3 (de) | Verfahren zur Umkristallisation von Benzolcarbonsäuren, insbesondere Terephthalsäure | |
EP0627384B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Kaliumchloridgemenges | |
DE69208901T2 (de) | Mehrstufiges Gegenstrom-Umkristallisationsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung desselben | |
DE69912636T2 (de) | Verbessertes verfahren zur herstellung von hochreinen aromatischen carbonsäuren | |
DE1618250B1 (de) | Verfahren zum Abtrennen von p-Xylol durch ein- oder mehrstufiges kontinuierliches Auskristallisieren | |
DE60204146T2 (de) | Kreislaufkristallisator - Methode und Apparat | |
DE1593539A1 (de) | Verfahren zur Herstellung reiner aromatischer Di- und Polycarbonsaeuren | |
DE2004274B2 (de) | Verfahren zur umkristallisation von benzolcarbonsaeuren, insbesondere terephthalsaeure | |
DE1619785B2 (de) | Verfahren zur gewinnung von terephthalsaeure | |
WO2010028730A1 (de) | Verfahren und anlage zur gewinnung fester reaktionsprodukte aus lösungen | |
DE2827114A1 (de) | Nassverfahren und vorrichtung zur herstellung von phosphorsaeure | |
EP2419187B1 (de) | Verfahren zur kontinuierlichen behandlung einer salz enthaltenden lösung | |
DE3537941A1 (de) | Aus duennsaeure gewonnene metallsulfatsuspension, verfahren zu ihrer herstellung sowie deren verwendung |