DE2409385A1 - Reinigung von 3,5-xylenol durch extraktive destillation - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. !· ?".VAS

TEL. 3 592201/205

Case 143OA

Atlantic RicKfield Company, Los Angeles, Californien, V.St.A. Reinigung von 3,5-Xylenol durch extraktive Destillation

Gegenstand der Erfindung ist die Abtrennung von Isophoron und anderen Verunreinigungen aus 3,5-Xylenol durch extraktive Destillation mit hydroxylgruppenhaltigen Lösungsmitteln, insbesondere Diäthylenglycol.

Die Erfindung bezieht sich demzufolge auf ein Verfahren zur Reinigung von 3,5-Xylenol, das entweder in einer einzigen oder in zwei Stufen eines katalytischen oder thermischen Verfahrens hergestellt wurde, bei welchem man Aceton zu Isophoron kondensiert und das erhaltene Isophoron dann zu 3,5-Xylenol umwandelt. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von dem 3,5-Xylenol abgetrennte Isophoron läßt sich für eine weitere Umwandlung zu 3,5-Xylenol in das Verfahren zurückleiten.

Die Synthese von 3,5-Xylenol aus Aceton kann entweder nach einem Einstufenverfahren oder nach einem Zweistufenverfahren vorgenommen werden, und zwar mit oder ohne Verwendung eines Katalysators. Bei diesem Verfahren tritt als Zwischenprodukt

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Isophoron auf, das zum 3,5-Xylenol umgewandelt wird. Diese Umwandlung ist jedoch unvollständig, so daß·im 3,5-Xylenol als Verunreinigung Isophoron zusammen mit kleinen Mengen anderer Verunreinigungen, wie Dihydroiso- ■ phoron und dem gesättigten Homolog von Isophoron, nämlich 3,3,5-Trimethylcyclohexanon, zurückbleiben. Isophoron läßt sich von 3,5-Xylenol nicht durch übliche fraktionierte Destillation abtrennen, da beim Siedemaximum ein azeotropes Gemisch vorliegt, das etwa 35 % Isophoron und 65 % 3,5-Xylenol enthält.

Erfindungsgemäß wird nun die Flüchtigkeit des Isophorone im Verhältnis zu demjenigen des 3,5-Xylenols selektiv durch Zugabe einer hydroxylgruppenhaltigen Verbindung erhöht, wie Diäthylenglycol und anderen aliphatischen Glycolen, Glycoläthern oder Polyolen, deren Siedepunkte wesentlich höher liegen als derjenige des 3,5-Xylenols, so daß sich Isophoron durch extraktive Destillation entfernen läßt. Andere Verunreinigungen, wie das oben erwähnte Dihydro!sophoron und das gesättigte Homolog von Isophoron, das 3,3,5-Trimethy!cyclohexanon, lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls entfernen, da sie flüchtiger sind als Isophoron.

Die Reinigung eines Isomers von 3,5-Xylenol, nämlich 2,6-Xylenol, durch Kristallisation aus wässrigem Glycol ist bekannt, siehe beispielsweise US-PS 3 337 642. Aus der US-PS 3 331 755 geht ebenfalls eine extraktive Destillation zur Abtrennung von Cresolen aus 2,6-Xylenol hervor, wozu man entweder Diäthylenglycol oder Triäthylenglycol verwendet. Dieses Verfahren arbeitet jedoch in einer zum erfindungsgemäßen Verfahren entgegengesetzten Weise, da hier die Flüchtigkeit von 2,6-Xylenol im Verhältnis zu den Cresolen erhöht wird, da nämlich die Cresole in Glycolen stärker löslich sind als das 2,6-Xylenol. Der

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Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird hierdurch jedoch nicht nahegelegt, da weder die Bestandteile noch das Flüchtigkeitsverhalten bei der US-PS 3 331 755 gleich sind wie beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Erfindungsgemäß werden Isophoron und andere Verunreinigungen aus aus Aceton synthetisiertem 3,5-Xylenol durch extraktive Destillation mit hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen, die bei Umgebungstemperaturen vorzugsweise flüssig sind, wie Diäthylenglycol oder sonstige aliphatische Glycole, Glycoläther oder Polyole, abgetrennt. Das die Verunreinigungen enthaltende 3,5-Xylenol wird in eine Fraktionierdestillationszone eingeführt, vorzugsweise in eine Fraktionierkolonne, in der es in Gegenwart des Diäthylenglycols oder einer sonstigen hydroxylgruppenhaltigen Verbindung destilliert wird. Das Isophoron und die anderen Verunreinigungen werden über Kopf abgezogen, während man das gereinigte 3,5-Xylenol zusammen mit dem Diäthylenglycol als Bodenfraktion entfernt. In einer sich anschließenden üblichen Fraktionierdestillationszone wird das 3,5-Xylenol über Kopf abgezogen, und das als Bodenfraktion erhaltene Diäthylenglycol leitet man in die erste Fraktionierdestillationszone zurück, um es dort mit frischer, Verunreinigungen enthaltender 3,5-Xylenollösung zusammenzubringen.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Reinigung von 3,5-Xylenol, das durch Kondensation von Aceton hergestellt wurde. Weiteres Ziel der Erfindung ist die Entfernung von Isophoron aus 3,5-Xylenol, das man durch Kondensation von Aceton herstellt, und zwar durch extraktive Destillation mit Diäthylenglycol. Schließlich soll .erfindungsgemäß Isophoron aus durch Kondensation von Aceton hergestelltem 3,5-Xylenol durch extraktive Destillation abge-

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trennt werden, wodurch man ein gereinigtes 3,5-Xylenol und Isophoron erhält, das man zur Bildung von weiterem 3,5-Xylenol wieder in den Umwandlungsprozeß zurückleiten kann.

Ein schematisches Fließdiagramm, das alle wesentlichen Verfahrensstufen und Materialströme zeigt, geht aus der anliegenden Zeichnung hervor. Auf diese Zeichnung wird im übrigen in der folgenden Beschreibung näher eingegangen.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu reinigende 3,5-Xylenolstrom wird hergestellt durch Kondensation von Aceton, und zwar im allgemeinen mittels geeigneter Katalysatoren. Bei dem Zweistufenverfahren wird das Aceton zu Isophoron kondensiert, welches man in der zweiten Stufe zu 3,5-Xylenol umwandelt. Ein kürzlich entwickeltes Verfahren hierfür bedient sich eines Gemisches aus Katalysatorteilchen, so daß die Kondensation und die Umwandlung in einem Einstufenreaktor verlaufen.

Bei allen diesen Verfahren unter Einschluß der noch älteren Verfahren des Standes der Technik, die sich einer thermischen Stufe zur Umwandlung von Isophoron zum 3,5-Xylenol bedienen, wird das erhaltene 3,5-Xylenol durch etwas Isophoron und andere Verbindungen, zu denen die oben erwähnten gehören, verunreinigt. Das Isophoron und das 3,5-Xylenol bilden ein aceotropas Gemisch, das 35 Gewichtsprozent Isophoron und 65 Gewichtsprozent 3,5-Xylenol enthält, das beim Siedemaximum ein azeotropes Gemisch darstellt, und sich bei einer herkömmlichen fraktionierten Destillation daher nur als Bodenfraktion erhalten läßt. Um daher 3,5-Xylenol über Kopf abzudestillieren und das Isophoron im azeotropen Gemisch der Böden zurückzulassen, müßte der in die Destillationskolonne eingespeiste Strom eine beachtlich höhere Konzentration an 3,5-Xylenol aufweisen als 65 %.

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Dies würde jedoch im Laufe des Verfahrens die Rückleiturig einer großen Menge des gebildeten 3,5-Xylenols erforderlich machen, um dadurch das ebenfalls vorhandene Isophoron umzuwandeln, wodurch das Verfahren praktisch nicht mehr durchführbar wäre.

Es wurde nun gefunden, daß sich das azeotrope Gemisch nicht mehr bildet, wenn man wie bei einer extraktiven Destillation Diäthylenglycol zusetzt, und daß man dann das gesamte Isohporon aus einer Extraktionsdestillationskolonne über Kopf abziehen kann, während das 3,5-Xylenol als Bodenfraktion mit dem Glycol entfernt wird. In einer zweiten üblichen Fraktionierdestillationskolonne wird das 3,5-Xylenol über Kopf als Produkt abgezogen, und das am Boden abgezogene Diäthylenglycol leitet man wieder als Teil der Kopfbeschickung in die extraktive Destillationssäule ein.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele sowie der Zeichnung näher erläutert.

Beispiel 1

Zur Bestimmung der Abnormalitäten des Systems Isophoron-3,5-Xylenol führt man eine Anzahl von Destillationslaufen in einem Gleichgewicht aus Dampf und Flüssigkeit bei verringertem Druck durch. Unter Verwendung verschiedener Zusammensetzungen erhält man ausreichend viele Werte, um so das Auftreten des Siedemaximums des azeotropen Gemisches zu ermitteln. Bei einer Temperatur von etwa 121 ⁰C und einem Druck von etwa 24 mm Hg enthält das azeotrope Gemisch beispielsweise etwa 65 Gewichtsprozent 3,5-Xylenol.

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-C-

Bei 121 ⁰C liegen die berechneten Endaktivitätskoeffizienten bei 0,34 für 3,5-Xylenol und bei 0,23 für Iso- · phoron, was auf Wechselwirkungen negativer Art zwischen diesen Komponenten hindeutet, und besagt, daß die Molekularassoziation von Isophoron und 3,5-Xylenol größer ist als die Assoziation zwischen dem gleichen Molekültyp selbst, und somit die Bildung eines azeotropen Gemisches mit einem Siedemaximum zur Folge hat. Dieses azeotrope Gemisch läßt sich auch bei einem fraktionierten Destillationslauf finden.

Beispiel 2

Weitere Versuchsläufe dienen der Feststellung, daß der Zusatz von Diäthylenglycol in einer Menge von über etwa 50 Molprozent, bezogen auf die Mole des Gemisches aus Isophoron und 3,5-Xylenol, zu diesem Gemisch zu einer beachtlichen Änderung der Flüchtigkeiten der im 3,5-Xylenol enthaltenden Verunreinigungen, insbesondere des Isophorone , führt.

Die relative Flüchtigkeit von Isophoron gegenüber 3,5-Xylenol erhöht sich direkt im Verhältnis zu der Menge an in der flüssigen Phase vorhandenem Diäthylenglycol (das im folgenden und in der Zeichnung als DEG abgekürzt wird). Bei einem Gehalt von 50 Molprozent DEG liegt die relative Flüchtigkeit von Isophoron zu 3,5-Xylenol daher bei 1,57, und bei einem Gehalt von 82 Molprozent DEG erhöht sich die relative Flüchtigkeit von Isophoron zu 3,5-Xylenol auf den Wert 5,65. Diese Daten zeigen die Eignung und den Vorteil von DEG als Lösungsmittel bei einem extraktiven Destillationsverfahren zur Abtrennung von Isophoron von 3,5-Xylenol.

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Beispiel 3

Eine weitere unerwünschte Verunreinigung findet sich in dem rohen 3,5-Xylenolstrom aus der Synthesereaktion des 3,5-Xylenols aus Aceton. Diese Verunreinigung ist das gesättigte Homologe von Isophoron, nämlich 3,3,5-Trimethylcyclohexanon (das im folgenden und in der Zeichnung als TMCH abgekürzt wird). Diese Verbindung läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls leicht abtrennen, da die Erhöhung ihrer relativen Flüchtigkeit größer ist als diejenige von Isophoron.

In ähnlicher Weise lassen sich Dihydro!sophoron und ähnliche geringere Verunreinigungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entfernen.

Beispiel 4

Das Diäthylenglycol (DEG) ist zwar das bevorzugte Lösungsmittel, verwendet man jedoch andere hydroxylgruppenhaltige Lösungsmittel, vorzugsweise solche, die bei normalen Umgebungstemperaturen oder etwas darüber, beispielsweise bei 30 ⁰C, flüssig sind, wie die aliphatischen Glycole, Glycoläther oder Polyole, deren Siedepunkte ebenfalls über denjenigen des 3,5-Xylenols liegen, dann lassen sich durch das extraktive Destillationsverfahren gleich wirksame Trennungen erreichen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Das Beschickungsgemisch aus 3,5-Xylenol_f Isophoron und 3,3,5-Trimethylcyclohexan (TMCH) als typische weitere Verunreinigung wird durch eine Leitung 1 in eine Fraktionierkolonne 2 eingespeist, die übliche Böden enthält. Das Be-

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sch!ckungsgemisch speist man durch den oberen Teil einer Zone A der Säule 2 ein, in der man eine optimale Konzentration, vorzugsweise wenigstens 50 Molprozent an DEG_f auf den einzelnen Böden hält. Bei diesen Bedingungen ist sowohl die relative Flüchtigkeit von Isophoron als auch diejenige von TMCH größer als diejenige des 3,5-Xylenols, so daß es in der Zone A der Säule zu einer üblichen Lösungsmittelfraktionierung oder Rektifizierung kommt, wobei Isophoron und TMCH über Kopf durch die Leitung 3 als Dampf abgezogen und im Kondensor 4 kondensiert werden. Ausser diesem Kondensor 4 läßt sich ein flüssiger Anteil in die Rektifizierzone B der Säule 2 als Rückfluß nach üblichen Verfahren ζurückleiten, und den Rest an Isophoron und TMCH gewinnt man über die Leitung 6. Das Isophoron läßt sich gewünschtenfalls für eine weitere Umwandlung zu 3,5-Xylenol in das Syntheseverfahren zurückleiten. Die zur Destillation in der Kolonne 2 erforderliche Wärme kann durch irgendein übliches Aufkochsystem, das nicht gezeigt ist, oder durch entsprechende herkömmliche Mittel geliefert werden, durch die sich die Temperatur in der Fraktionierzone im oberen Teil der Zone auf über den Siedepunkt des Gemisches erhöhen läßt, so daß Isophoron und TMCH verdampfen und, wie beschrieben, über Kopf entfernt werden können.

Die das 3,5-Xylenol enthaltende DEG-Lösung, die frei ist an Isophoron und TMCH, kann vom Boden der Kolonne 2 durch eine Leitung 7 abgezogen und in das Mittelteil der Fraktionierkolonne 8 eingeführt werden. Das 3,5-Xylenol hat in bezug auf das DEG eine relative Flüchtigkeit von 3, und es läßt sich daher leicht abtrennen und über Kopf durch eine Zone C der Kolonne 8 durch die Leitung 10 als Dampf abführen und in einem Kondensor 11 kondensieren. Ein Teil der Flüssigkeit kann über eine Leitung 12 oben in die Kolonne 8 rückgeführt

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werden, wodurch sich ein üblicher Rückfluß ergibt, während das restliche reine entstandene 3,5-Xylenol durch die Leitung 13 entfernt wird. Das DEG wird über eine Fraktionierzone D in der Kolonne 8 als flüssiges Bodenprodukt durch eine Leitung 9 abgeführt und in die Kolonne 2 an einem oberhalb der Zugabe der Beschickung gelegenen Punkt, jedoch unterhalb der Rückflußzone B, eingeführt. Weiteres DEG läßt sich nötigenfalls an jeder Stelle dieser Leitung zugeben. Wie bei der Kolonne 2 läßt sich auch hier die für eine Destillation in der Kolonne 8 erforderliche Wärme in irgendeiner üblichen Weise zuführen, beispielsweise mittels eines Aufkochersystems, wobei die zugeführte Wärmemenge zur Erhöhung der Temperatur des Gemisches auf einen Punkt ausreichen muß, bei dem das 3,5-Xylenol über Kopf als Dampf abgeht.

Die Verwendung von DEG und damit verwandten Lösungsmitteln als Extraktionslösungsmittel für das erfindungsgemäße Verfahren bietet insofern Vorteile, als solche Lösungsmittel, insbesondere DEG die Flüchtigkeit von Isophoron und TMCH und ähnlicher Verunreinigungen stark erhöhen, jedoch nur eine verhältnismäßig geringe Erhöhung der Aktivität oder Flüchtigkeit des 3,5-Xylenol ergeben. Isophoron und TMCH lassen sich ohne weiteres aus dem 3,5-Xylenol abdestillieren, wenn in dem Gemisch zumindest 50 Molprozent DEG vorhanden sind, worauf man das 3,5-Xylenol mühelos vom DEG abdestiliieren kann. Auf diese Weise erhält man ein wirtschaftliches Verfahren zur Reinigung von 3,5-Xylenol.

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Abtrennung von Verunreinigungen aus' durch Kondensation von Aceton hergestelltem 3,5-Xylenol, · dadurch gekennzeichnet, daß man ein-unreines 3,5-Xylenol-Gemisch extraktiv destilliert, indem man das Gemisch in einer ersten Fraktionierdestillationszone mit einem flüssigen hydroxy lgruppenhaltigen Lösungsmittel mit einem Siedepunkt über dem Siedepunkt des 3_f5-Xylenols in einer Menge von zumindest 50 Molprozent, bezogen auf Mole der Beschickung, zusammenbringt, die Verunreinigungen als Dampf vom Kopf der Fraktionierdestillationszone abzieht und das hydroxylgruppenhaltige Lösungsmittel sowie 3,5-Xylenol vom Boden der Fraktionierdestillationszone entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch aus dem hydroxylgruppenhaltigen Lösungsmittel und 3,5-Xylenol in eine zweite Fraktionierdestillationszone leitet und darin die Temperatur dieses Gemisches soweit erhöht, daß das 3,5-Xylenol als Dampf über Kopf abgeht und das flüssige hydroxylgruppenhaltige Lösungsmittel als Bodenfraktion zurückbleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das hydroxylgruppenhaltige Lösungsmittel in die erste Fraktionierdestillationszone zurückleitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unreine 3,5-Xylenol-Gemisch vorwiegend 3,5-Xylenol, Isophoron und 3,3,5-Trimethy!cyclohexanon enthält, und

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man als flüssiges hydroxylgruppenhaltiges Lösungsmittel aliphatische Glycole, Glycoläther und Polyole verwendet .

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als hydroxylgruppenhaltiges Lösungsmittel Diäthylenglycol verwendet.

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