DE2309423A1 - Verfahren zur abtrennung von adipinsaeure - Google Patents

Verfahren zur abtrennung von adipinsaeure

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DE2309423A1
DE2309423A1 DE19732309423 DE2309423A DE2309423A1 DE 2309423 A1 DE2309423 A1 DE 2309423A1 DE 19732309423 DE19732309423 DE 19732309423 DE 2309423 A DE2309423 A DE 2309423A DE 2309423 A1 DE2309423 A1 DE 2309423A1
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adipic acid
acid
dicarboxylic acids
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catalyst components
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Hans Dipl Chem Dr Heumann
Walter Dipl Ing Hilt
Heinz Dipl Ing Liebing
Manfred Schweppe
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/48Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by liquid-liquid treatment

Description

  • Verfahren zur Abtrennung von Adipinsäure Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Adipinäure von Katalysatorbestandteilen und C4- und C5-Dicarbonsäuren aus drn wasserfreien und von Salpetersäure befrei-ten Filtraten der Oxidation des Cyclohexanons und/oder Cyclohexanols.
  • Bei den kontinuierlichen Verfahren der Oxidation von Cyclohexanon und/oder Cyclohexanol mittels Salpetersäure zu Adipinsäure reichen sich in der Salpetersäure, sofern diese im Kreise geführt wird, neben geringen Mengen anderer Verunreinigungen, Bernsteinsäure und Glutarsäure an. Da diese Säuren die Kristallisation der Adipinsäure ungündtig beeinflussen, muß dafür gesorgt werden, daß der Gehalt an Bernstein- und Glutarsäure in den Oxidationsgemisch nicht über einen bestimmten Schwelleijwert angsteigt. Deshalb wird ein Teil des sauren Filtrates aus dem Kreislauf herausgeschleuest und gesondert aufgearbeitet. Man kann dabei beispielsweise so vorgehen, daß man zunächst die Adipinsäure auskristallisieren läßt, die erhaltene Mutterlauge auf 0 bis 100 abkühlt, die erhaltenen Kristalle abtrennt und die dann restll-tierende Mutterlauge durch Eindampfen und Auskristallisierenlassen von den Restmengen an Dicarbonsäure befreit. Die erhaltene Kristallisate werden dann anschließend nach bekannten Methoden auf die Reinsäuren aufgearbeitet.
  • Ein anderer Aufarbeitungsweg der salpetersauren Lösung der erwähnten Dicarbonsäuren wird beispielsweise in der deutschen Patentschrift 920 788 beschrieben. Das Verfahren besteht darin, daß nach Abscheidung eines Teils der Adipinsäure die Salpetersäure bei 100 bis 200°C hunter gewöhnlichem Druck abdestilliert wird und dann die Dicarbonsäuren durch Destillation oder Wasserdampfdestillation bei stark vermindertem Druck von den nicht verdampfbaren Rückständen abgetrennt werden. Hierbei erhält man ein Destillat, das ein Gemisch aus etwa 50 % Glutarsäure und je 25 % aus Bernsteinsäure und Adipinsäure besteht.
  • Es lag an sich nahe, die durch die Oxidation erhaltenen Dicarbonsäuren durch Rektifikation zu trennen. Die Trennung gelingt jedoch nur darm, wenn man die Säuren nach der Dehydratisierung in die Anhydride überführt. Die Anhydridisierlmg in Gegenwart von Katalysatorresten führt ,jedoch wegen einsetzender Zersetzung zu Ausbeuteverminderungen bei der Aufarbeitung.
  • Auch das in der DT-PS 1 272 913 beschriebene Verfahren zur Trennung von Bernsteinsäure, Glutarsäure und Adipinsäure durch Destillation mittels Wasserdampf unter vermindertem Druck führt dann nicht zum Ziel, wenn das Dicarbonsäure-Gemisch Oxidationskatalysator-Bestandteile enthält.
  • Es wurde nun überraschenderweise ein Verfahren zur Abtrennung von Adipinsvivre von katalysatorbestandteilen und C4- undC5-Dicarbonsäuren aus den Filtraten der Oxidation des Cyclohxanons und/oder Cyclohexanols mit Salpetersäure bei erhöh-ter Temperatur in Gegenwart vanadinhaltiger Katalysatoren, Abkühlen des Reaktionsproduktes, Abschleudern der erhaltenen Feststoffe und Eindicken der Filtrate unter gleichzeitiger Entfernung von HNO3 und Wasser gefunden, welches diese Nachteile nicht besitzt, indem man das zurückbleibende organische Säuregemisch mit aliphatischen Ketonen mit 6 bis 12 C-Atomen versetzt und auf mindestens 600C, vorzugsweise nicht höher als 95°C, erwärmt, die ausgefallenen Katalysatorbestandteile von der Lösung abtrennt und anschließend die Lösung einer Schleppdestillation unterwirft. Die Schleppdestillation w rd vorzugsweise im Vakuum durchgeführt. Als Vakuum wird vorzugsweise ein Druck von 10 bis 60 Torr gewählt. Bei der Schleppdestillation wird das Kopfprodukt zweckmäßigerweise zweistufig kondensiert, indem man zunächst in einem als Dephlegmator arbeitenden ersten Kondensator einen Teil der Glutarsäure abscheidet und dann in einem zweiten die Totalkondensation des restlichen Kopfproduktes durchführt. Die als Kondensat des ersten Kondensators anfallende Glutarsäure wird als Rücklauf auf die Kolonne zurückgeführt. Weiterhin kann man zur Verbesserung der Schleppdestillation zusätzlich das als Schleppmittel verwendete aliphatische Keton in den Sumpf der flektifikation einblasen.
  • Diese Verfahrensweise besitzt den Vorteil, daß einmal die Katalysatorbestandteile in wiedergewinnbarer Form erhalten werden und daß die Adipinsäure von den Begleitsäuren, der Bernstein- und der Glutarsäure, abgetrennt werden kann.
  • Auch erweist sich diese Verfahrensweise gegenüber dem Verfahren der DT-AS 1 290 928 als vorteilhaft, da dabei nicht mit Ionenaustauschern gearbeitet wird, die in einer separaten Verfahrensstufe regeneriert werden mü sen.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich aliphatische Ketone mit 6 bis 12 C-Atomen, insbesondere solche mit einer Keto-gruppe, wie Methyl-n-butylketon, Methyl-n-amylketon, Methyl-n-hexylketon, Äthyl-n-propylketon, thyl-i-propylketon, Äthyl-n-butylketon, Äthyl-iamylketon, Di-n-propylketon, Di-i-propylketon, n-Propyli-propylketon u.a., besonders geeignete Ketone sind Methylisobutylketon und Diisobutylketon.
  • Zum Ausfällen der Katalysatorbestandteile werden die aliphatischen Ketone zweckmäßigerweise erwärmt, und zwar auf eine Temperatur, die der Temperatur der Dicarbonsäureschmelze entspricht oder nahe darüber liegt. Die Schmelze wird dann unter gleichzeitigem Rühren in das warme Lösungsmittel eingebracht. Die Katalysatorbestandteile fallen dabei aus und können dann anschließend nach Abschluß des Sinbringens der Schmelze in einfacher Weise abgeschleudert werden. Die Zurückführung der Filterkuchenbestandteile erfolgt durch Auflösen des Filterkuchens mit Oxidationsäure.
  • Aliphatische Ketone und Dicarbonsäureschmelzen werden in solchen Mengen zusarnmongeführt, daß eine 20 - 40 gewichtsprozentige Lösung entsteht. Das Mischungsverhältnis ist keine kritische Größe des Verfahrens.
  • Das Filtrat wird aus einer Vorlage, in die es nach der Filtration gelangte, einer Destillationskolonne mit entsprechender Trennwirkung zugeführt. Die Destillation muß aus Gründen der Stabilität des Produktes unter schonenden Bedingungen durchgeführt werden. Deshalb wird die Destillation unter vermindertem Druck durchgeführt, vorzugsweise 10 - 150 Torr, insbesondere 1S) - 60 Torr. Desweiteren bietet sich als Sumpfverdampfer ein Fallfilmverdampfer an sowie als Trennsaule eine kolonne mit Einbauten, die einen geringen Druckvcrlust aufweisen. Die Beheizung des Verdampfers erfolgt zweckmäßigerweise mittels geeigneter flüssiger wärmeträger, wie hochsindende Öle etc.
  • In den Sumpf der Kolonne kann man zusätzlich zu dem vorhandenen Lösungsmittel noch das gleiche, bereits als Schleppmittel verwendete aliphatische Keton einblasen. Die Sumpftemperatur wird auf 180 - 200°C gehalten. Die Kopftemperatur stellt sich in Abhängigkeit vom Druck auf 90 -130°C ein. Das Kopfprodukt der Destillation kann auch zwei -stufig kondensiert werden, indem man zunächst in einem als Dephlegmator arbeitenden ersten Kondensator einen Teil der Glutarsäure abscheidet und im zweiten erst die Totalkondensation des restlichen Kopiproduktes durchführt.
  • Die Erzeugung des Rücklaufes erfolgt dann zweckmäßigerweise in der ersten Stufe der fraktionierten Kondensation. Als Kühlmittel kann für diese 1. Kondensationsstufe ein temperierter Ölkreislauf verwendet werden, dessen Vorlauftemperatur auf ca. 1100C eingestellt wird. Die Totalkondensation einschließlich der Kondensation des Schleppdampfes (ketonisches Lösungsmittel) erfolgt dann in einer 2. Kondensationsstufe. Durch weitere Abkühlung des Gemisches aus Glutar-, Bernsteinsäure und Lösungsmittel auf Raumtemperatur und durch Abtrennen des Kristallisates wird ein weitgehend dicarbonsäureireies Keton erhalten, das bei Raumtemperatur nur in geringem Maße Dicarbonsäuren löst.
  • Die erhaltenen Gemische aus Glutar- und Bernsteinsäure und Ketonen können auch in einer weiteren Schleppdampfdestillation getrennt werden, wobei wiederurn das Ke-ton als Schleppdampf dient.
  • Das Sumpfprodukt des Verfahrens besteht lediglich aus Adipinsäure, die je nach Rücklaufverhiltnis durch etwa 10 -20 Gewichtsprozent Glutarsäure verunreinigt ist. Dieses Säuregemisch wird dann zur weiteren Reinigung mit dem Hauptstrom des üblichen Adipinsäureverfahrens vereinigt.
  • Auch die vom Wasser befreiten Muttellaugen der Kristallisation können von Zeit zu Zeit zur Anreicherung der Adipinsäure dieser Verfahrensr'tufe zugeführt werden, um die als ebenprodukte mitangeiallenen niederen Carbonsäuren weitgehend von der Adipinsäure abzutrennen und aus dem Prozeß herauszuschleusen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend durch das Beispiel illustriert: Beispiel: In einer beheizten Vorlage wurde das wasser- und salpetersäürefreie Dicarbonsäuregemisch, bestehend aus ca. 35 Gew.-% Adipinsäure, 50 Gew.-% Glutarsäure, 15 Gew.-% Bernsteinsäure und ca.
  • 0,5 Gew.-% Oxydationskatalysator auf Schmelztemperatur von ca.
  • 90°C gehalten. Über eine beheizte Rohrleitung wurde anschließend chargenweise eine bestimmte Menge vorgenannter Schmelze in ein mit einem Heizmantel versehenes Rührwerk eingeleitet und dort mit auf ca. 70 - 80 0C vorgewärmtem Diisobutylketon im Verhältnis von ca. 1 : 3 vermischt, so daß eine 25 gew.-%ige Lösung von Dicarbonsäuren im Lösungsmittel erilalten wurde.
  • Nach einer Rührzeit von ca0 15 Minuten wurde diese Lösung, in der sich nun der Oxydationskatalysator in abfiltrierbarer Form befand, über ein Filter geleitet und dadurch der Oxydationskatalysator zu ca. 90 SS zurückgewonnen. Das Filtrat war weitgehend frei von Katalysatorbestandteilen und wurde über eine Vorlage, die als Puffergefäß wirkte, einer mit Füllkörpern gefüllten Rektifiziersäule zugeführt, die mit Abtriebs- und Verstärkersäule versehen war. Der lösungsmittelfeuchte Filterlcuchen der Katalysatorbestandteile wurde in einer besonderen Vorrichtung mit Wasserdampf vom Lösungsmittel befreit und dann wasserfeucht mit Hilfe von ca. 50 gew.-%iger HNO) in die Oxydation zurückgeführt.
  • In der vorgenannten Füllkörpersäule, die bei einem Druck von 60 Torr arbeitete, wurde über einen seitlich am Sumpf angeordneten Fallfilmverdampfer, der mittels einer Umlaufpumpe beaufschlagt wurde, und der mit Wärmeträgeröl beheizt war, die für die fraktionierte Destillation erforderliche Wärme zugeführt.
  • Durch diese Verfahrensweise konnte infolge der schonenden Verdampfung die Anhydridbildung vermieden werden. Der Sumpf diente dabei als Brüdenabscheider und Vorlage für die Umwälzpumpe.
  • Das Sumpfprodukt hatte je nach Rücklaufverhältnis eine Zusammensetzung von ca. 80 - 90 Gew - Adipinsäure und 10 - 20 Gew.-,b Glutarsäure und war frei von Bernsteinsäure und Lösungsmittel. Dieses angereicherte Gemisch wurde dann der 1. Kristallisationsstufe - der sogenannten Rohkristallisations des Hauptproduktstroms zugeführt.
  • Bei den abfiltrierten Katalysatorbestandteilen handelte es sich um ein Gemisch von Oxiden und Hydroxiden des Vanadiums und Kupfers, wobei die Metalle in molarem Verhältnis von 1 : 1 vertreten waren.

Claims (5)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    Verfahren zur Abtrennung von Adipinsäure von Katalysatorbestandteilen und C4 + C5-Dicarbonsäuren aus den Filtraten der Oxidation des Cyclohexanons und/oder Cyclohexanols mit Salpetersäure bei erhöhter Temperatur in Gegenwart vanadinhaltiger Katalysatoren, Abkühlen des Reaktionsproduktes, Abschleudern der erhaltenen Feststoffe und Eindicken der Filtrate unter gleichzeitiger Entfernung von HNO3 und Wasser, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man das zurückbleibende organische Säuregemisch mit aliphatischen Ketonen mit 6 bis 12 C-Atomen versetzt und auf mindestens 600C, vorzugsweise nicht höher als 950C, erwärmt, die ausgefallenen Katalysatorbestandteile von der Lösung abtrennt und anschließend die Lösung einer Schleppdestillation unterwirft.
  2. 2. Verfahren zur Abtrennung von Adipinsäure von Katalysatorbestandteilen und CX + C5-Dicarbonsäuren gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Schleppdestillation im Vakuum durchführt.
  3. 3. Verfahren zur Abtrennung von Adipinsäure voll Xatalysatorbestandteilen und CX + C5-Dicarbonsäuren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß man das Kopfprodukt der Schleppdestillation zweistufig kondensiert, indem man zunächst in dem einen als Dephlegmator arbeitenden ersten Kondensator einen Teil der Glutarsäure abscheidet und im zweiten die Totalkondensation des restlichen Kopfproduktes durchführt.
  4. 4. Verfahren zur Abtrennung von Adipinsäure von Katalysatorbestandteilen und C4 + C5-Dicarbonsäuren gemäß Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man das Kondensat des ersten Kondensators als Rücklauf auf die Kolonne zurückführt.
  5. 5. Verfahren zur Abtrennung von Adipinsäure von Katalysatorbestandteilen und C4- + C5-Dicarbonsäuren gemäß den AnsprUchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß man bei der Schleppdestillation zusätzlich das als Schleppmittel verwendete aliphatische Keton in den Sumpf der Rektifikation einbläst.
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