DE2326328B2

DE2326328B2 - Verfahren zur Extraktion von Acrylsäure oder Methacrylsäure

Info

Publication number: DE2326328B2
Application number: DE2326328A
Authority: DE
Inventors: Yukinaga Aono; Masami Ayano; Michio Kato; Tetsuya Niihama Ohrui; Yasushito Saijo Sakakibara; Hiroshi Takao
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1972-05-23
Filing date: 1973-05-23
Publication date: 1978-06-29
Also published as: GB1413589A; FR2185606B1; DE2326328C3; JPS495915A; NL171050C; NL171050B; NL7307228A; DE2326328A1; FR2185606A1; US3968153A; JPS5534784B2

Description

Es ist bekannt, Acrylsäure oder Methacrylsäure (nachstehend als »(Meth)acrylsäure« bezeichnet) aus ihren wäßrigen Lösungen durch Abdestillieren des Wassers von der wäßrigen Lösung als Rückstand zu gewinnen. Dieses Verfahren ist jedoch unwirtschaftlich, da die Konzentration an (Meth)acrylsäure gewöhnlich ziemlich niedrig ist und daher große Mengen Wasser abdestilliert werden müssen. Aus diesem Grund wird die in einer wäßrigen Lösung enthaltene (Meth)acrylsäure im technischen Maßstab gewöhnlich durch Lösungsmittelextraktion abgetrennt.

Zur Extraktion von (Meth)acrylsäure werden verschiedene Lösungsmittel verwendet. Jedoch ist keines der üblicherweise verwendeten Lösungsmittel zufriedenstellend. Beispiele für verwendete Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe, wie Petroläther, Benzol oder Toluol, halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Dichloräthan, Trichloräthylen oder Tetrachloräthylen, und Äther, wie Diäthyläther oder Diisopropyläther. Die Verteilungskoeffizienten (K) von (Meth)acrylsäure sind bei Verwendung der vorgenannten Lösungsmittel nur klein. Der Verteilungskoeffizient K ist wie folgt definiert:

j, _ C iMcihMci>l-.ihiru im iMr.iklinnsmiud Γ GeW.-% "1 C (Mclhlacr)l.säurc in der w!iBri|!cn ΙΊω>* L GeW.-% J'

Es ist deshalb notwendig, diese Lösungsmittel in relativ großer Menge einzusetzen, und dementsprechend sind große Vorrichtungen zur Extraktion und auch zur Rückgewinnung des Extraktionsmittels erforderlich. Bei einigen Ketonen, wie Methyläthylketon, ist zwar der Verteilungskoeffizient hoch, aber diese Ketone sind in Wasser gut löslich, und es entstehen daher hohe Verluste an Extraktionsmittel.

Seit einiger Zeit werden auch Lösungsmittelgemische zur Extraktion von (Meth)acrylsäure eingesetzt. Eines davon ist ζ B. Essigsäuremethylester und Xylol (vgl. JA-AS 1443/70). Der Verlust an Essigsäuremethylester ist jedoch infolge seiner Wasserlöslichkeit hoch. Wenn zur Verringerung dieser Verluste der Xylolanteil in dem Extraktionsmittel erhöht wird, sinkt der Verteilungskoeffizient von (Meth)acrylsäure und infolgedessen auch der Wirkungsgrad der Lösungsmittelextraktion. Dazu kommt noch, daß bei Verwendung von Essigsäuremethylester unter Umständen unerwünschte chemische Nebenreaktionen, wie Veresterung und Umesterung, auftreten. Im Verlauf der Gewinnung von (Methacrylsäure aus dem Extrakt durch Destillation kann (Meth)acrylsäuremethylester und Essigsäure gebildet werden. Die Bildung von Essigsäure ist aber wegen der schwierigen Trennung der Essigsäure von (Methacrylsäure besonders nachteilig. Ferner bedeutet das Nebenprodukt (Methacrylsäuremethylester einen Verlust an (Meth)acrylsäure.

Aus den US-PS 34 78 093 und 36 57 332 sowie der DD-PS 54 354 ist die Verwendung von

a) 4- bis 7gliedrigen Lactamen, die am Stickstoffatom durch einen C(,-2o-Alkyl- oder Alkenylrest, einen Cb.iz-Cycloalkyl- oder Arylrest oder einen C712-Aralkylrest substituiert sind,

b) 3,3,5-Trimethylcyclohexanon und/odei Isophoron bzw.

c) nicht- oder nur wenig wasserlöslichen höheren gesättigten linearen oder verzweigten Carbonsäuren zur Extraktion von (Meth)acrylsäure aus wäßrigen Lösungen bekannt.

Als Lösungsmittel zur Extraktion von (Methacrylsäure aus ihren wäßrigen Lösungen sind einige organische Lösungsmittel bekannt, die bei Normaldruck oberhalb

4(i 180⁰C sieden. Die Verwendung dieser hochsiedenden Lösungsmittel ist jedoch nicht vorteilhaft, da zur destillativen Trennung der (Meth)acrylsäure vom Extrakt mit dem hochsiedenden Lösungsmittel bei Normaldruck hohe Temperaturen erforderlich sind, bei denen die (Meth)acrylsäure leicht polymerisiert. Bei der Destillation unter vermindertem Druck wird zwar die Polymerisation der (Meth)acrylsäure vermieden, doch sind in diesem Fall spezielle und teure Destillationseinrichtungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Extraktion von Acrylsäure oder Methacrylsäure aus ihren wäßrigen Lösungen mit einem einen einkernigen aromatischen Kohlenwasserstoff enthaltenden Lösungsmittelgemisch zu schaffen, das bei großem Verteilungskoeffizienten nicht die Möglichkeit unerwünschter Nebenreaktionen bietet und bei dem nach Abdestillieren einer Lösungsmittelkomponente die erhaltene Lösung unmittelbar zu (Meth)acrylsäureestern umgesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird

W) erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Aus dem im erfindupgsgemäßen Verfahren erhaltenen Extrakt kann das Methyläthylketon durch Destillation leicht abgetrennt werden, während der (Meth)acrylsäure enthaltende Destillationsrückstand unmittelbar zu (Meth)acrylsäureestern umgesetzt werden kann (vgl. US-PS 38 75 212), die dann leicht vom Rest des Extraktionsmittels abgetrennt werden können.

Die Nachteile der bekannten Lösungsmittel liegen in ihrer Reaktionsfähigkeit, in ihrem kleinen Verteilungskoeffizienten, was besonders für die niedrigsiedenden Lösungsmittel gilt, und in der Tatsache, daß sie auf Grund ihrer chemischen Konstitution als Lösungsmittel für die Esterbildung ungeeignet erseheinen, was vor allem für die höhersiedenden Lösungsmittel trotz deren günstigen Verteilungskoeffizienten gilt.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß der Verteilungskoeffizient von (Meth)acrylsäure für ein Gemisch von Methyläthylketon und Xylol in einem bestimmten Mischungsbereich höher ist als der von Methyläthylketon oder von Xylol. In dem aus Methyläthylketon und Xylol bestehenden, erfindungsgemäß verwendeten Extraktionsmittel ist der Verteilungskoeffizient von (Meth)acrylsäure groß und die Extraktionsmittelverluste infolge Wasserlöslichkeit sind klein. In F i g. 1 ist auf der Abszisse die Methyläthylketonkonzentration (in Gewichtsprozent; Rest m-Xylol) und auf der Ordinate der Verteilungskoeffizient von Acrylsäure aufgetragen. Es ist ersichtlich, daß der Verteilungskoeffizient dann am größten ist, wenn das Mischungsverhältnis im Bereich von etwa 4 :1 bis etwa 6:1 (in Gewichtsprozent) liegt. Die Verhältnisse sind bei Methacrylsäure ganz ähnlich gelagert und sind in F i g. 2 dargestellt. Man erkennt aus F i g. 2, daß der Verteilungskoeffizient von Methacrylsäure dann am größten ist, wenn das Mischungsverhältnis im Bereich von etwa 2,5 :1 bis etwa 3,5 : 1 liegt.

Verluste von Methyläthylketon an die Wasserphase werden durch die Gegenwart von Xylol weitgehend unterdrückt. Der Methyläthylketonverlust an die wäßrige Phase, bezogen auf den ursprünglichen Methyläthylketonanteil in dem Extraktionsmittel, beträgt z. B. weniger als 20 Prozent des Verlustes, der bei alleiniger Verwendung von Methyläthylketon auftritt. Ferner bildet Xylol mit Essigsäure ein azeotrop siedendes Gemisch. Infolgedessen kann die Abtrennung des Nebenprodukts Essigsäure von der Acrylsäure auf einfache und vorteilhafte Weise durch Destillation erfolgen. Xylol und Äthylbenzol sind preiswerte Handelsprodukte, und die Verwendung eines Lösungsmittelgemisches, das diese Komponenten enthält, hat daher wirtschaftliche Vorteile.

Im Verfahren der Erfindung zur Extraktion von (Meth)acrylsäure wird als Xylol o-Xylol_: und/oder Äthylbenzol verwendet. Zur Extraktion von Acrylsäure beträgt der Methyläthylketonanteil in dem Extraktionsmittel 75 bis 95 Gewichtsprozent. Zur Extraktion von Methacrylsäure wird ein Gemisch verwendet, dessen Methyläthylketonanteil 25 bis 95 Gewichtsprozent beträgt.

Spezielle Beispiele für besonders bevorzugte wäßrige (Meth)acrylsäurelösungen, die erfindungsgemüß extrahiert werden können, sind solche, die durch Oxidation von Propylen, Isobutylen, Acrolein und/oder Methacrolein oder durch Hydrolyse von Acrylnitril erhalten werden. In derartigen wäßrigen Lösungen können Verunreinigungen, wie Acrolein oder Essigsäure, enthalten sein, da sie bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine ernsthaften Schwierigkeiten bereiten.

Die Konzentration an (Meth)acrylsäure in der erfindungsgemäß zu extrahierenden wäßrigen Lösung ist nicht begrenzt und beträgt bei der Durchführung im technischen Maßstab etwa 1 bis etwa 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 10 bis etwa 30 Gewichtsprozent.

Die Extraktion wird normalerweise bei Temperatu-

■5 ren von etwa 10 bis 70° C vorzugsweise von Raumtemperatur bis 5O⁰C, durchgeführt. Jedoch bringt es keinerlei Vorteile, bei einer anderen Temperatur als Raumtemperatur — etwa 20 bis 30⁰C — zu extrahieren.

Die Extraktion wird gewöhnlich unter Normaldruck

ίο durchgeführt, obwohl gegebenenfalls auch höhere Drücke, z. B. bis zu 5 at, angewandt werden können.

Die Extraktion kann partienweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Das Gewichtsverhältnis von Extraktionsmittel zu Trägerflüssigkeit liegt gewöhnlich im Bereich von 0,1 :1 bis 10:1, vorzugsweise im Bereich von 0,2 :1 bis 5 : 1, und hängt von der Anfangs- und Endkonzentration an (Meth)acrylsäure in der Trägerflüssigkeit ab.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

100 g einer wäßrigen Acrylsäurelösung, die 10,0 Prozent Acrylsäure enthält, werden mit 60 g eines Gemischs aus Methyläthylketon und m-Xylol versetzt.

Dann wird das Gemisch bei 25° C unter Normaldruck geschüttelt und stehengelassen. Dabei trennt sich die organische Phase von der wäßrigen Phase. Die gaschromatographische Analyse der organischen Phase liefert die in F i g. 1 enthaltenen Werte, die die

in Beziehung zwischen der Methyläthylketon bzw. XyIoI-konzentration im Extraktionsmittel und dem Verteilungskoeffizienten von Acrylsäure darstellen. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß der Verteilungskoeffizient von Acrylsäure mit steigendem Anteil an Methyläthylketon bzw. sinkendem Anteil an m-Xylol rasch steigt und bei einem Anteil von 80 Prozent Methyläthylketon genau so groß ist wie bei Verwendung von lOOprozentigem Methyläthylketon. Der Verteilungskoeffizient ist am größten, wenn der Anteil an Methyläthylketon 85 Prozent erreicht, das heißt, er ist etwa dreizehnmal größer als bei Verwendung von lOOprozentigem m-Xylol bzw. 1,3mal größer als bei Verwendung von lOOprozentigem Methyläthylketon. Der Wirkungsgrad der Extraktion von Acrylsäure unter Verwendung eines Gemisches aus Methyläthylketon und m-Xylol ist also am besten, wenn der Anteil an Methyläthylketon 80 bis 95 Gewichtsprozent beträgt. Da Verluste von Methyläthylketon an die wäßrige Phase in Gegenwart von m-Xylol weitgehend vermieden werden, ist aus technischer Sicht auch ein kleinerer Anteil an Methyläthylketon in dem Extraktionsmittel noch wirksam.

Bei Verwendung eines Gemisches von Xylolen an Stelle von m-Xylol in dem Extraktionsmittel werden ähnliche Resultate erhalten.

Beispiel 2

Die Extraktion wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt, jedoch werden 100 g einer wäßrigen Methacrylsäurelösung eingesetzt, die 10,0 Prozent Methacrylsäure

bo enthält. Die Ergebnisse, die in Fig. 2 wiedergegeben sind, lassen erkennen, wie bei der Extraktion von Methacrylsäure mit Extraktionsmittelgemischen aus Methyläthylketon und m-Xylol der Verteilungskoeffizient vom verwendeten Lösungsmittelverhältnis ab-

b5 hängt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Extraktion von Acrylsäure oder Methacrylsäure aus ihren wäßrigen Lösungen mit einem einen einkernigen aromatischen Kohlenwasserstoff enthaltenden Lösungsmittelgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß man die Extraktion mit einem Gemisch aus Methyläthylketon und o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol und/oder Äthylbenzol durchführt, wobei das Gemisch zur Extraktion von Acrylsäure 75 bis 95 Gewichtsprozent und zur Extraktion von Methacrylsäure 25 bis 95 Gewichtsprozent Methyläthylketon enthält.