DE2437846A1 - Verfahren zur gewinnung von terephthalsaeure durch kontinuierliche entspannungsverdampfungs-kristallisation - Google Patents
Verfahren zur gewinnung von terephthalsaeure durch kontinuierliche entspannungsverdampfungs-kristallisationInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DR. i. MAAS
Dt"'.. Π. SPOTT
6000 :-. ..λ\·0ΗΕΝ 40
SCHLEISÖHEIMERSTR. 299
TEL. 3592201/205
Case 389 717
STANDARD OIL COMPANY, Chicago, Illinois/USA
Verfahren zur Gewinnung von Terephthalsäure durch kontinuierliche Entspannungsverdampfungs-Kristallisation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines kristallinen
Terephthalsäureproduktes mit einem im Maximun 150 ppm nicht übersteigenden Gehalt an p-Toluylsäure aus
einer flüssigen wäßrigen Lösung, die bei einer Temperatur im Bereich von 204 bis 288°C (400 bis 55O°F) mit Terephthalsäure
im wesentlichen gesättigt ist, die 500 bis 6000 ppm Terephthalsäure enthält.
Die handelsübliche rohe Terephthalsäure enthält als Hauptverunreinigungen,
auf das Gewicht bezogen, 800 bis 7000 ppm (Teile pro Million) 4-Carboxybenzaldehyd und 200 bis 1500 ppm
p-Toluylsäure, wobei gewisse rohe Terephthalsäuren auch geringere Mengen, nämlich 200 bis 20 ppm, gelb gefärbter aromatischer
Verbindungen enthalten, die Benzil-, Fluorenon-
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oder Anthrachinon-Strukturen aufweisen und die charakteristische
gelbe Verunreinigungsverbindungen darstellen, die sich durch Kupplungsnebenreaktionen während der Oxydation von p-Xylol
ergeben.
Die US-PS 3584 039 beschreibt ein durchführbares, in technischem Rahmen nützliches Verfahren zur Reinigung derartiger
im Handel erhältlicher roher Terephthalsäureprodukte durch Behandeln von in flüssiger Phase vorliegenden wäßrigen Lösungen
dieser Produkte bei Temperaturen von 200 bis 3 74 C mit Wasserstoff in Gegenwart eines festen Hydrierkatalysators
(z.B. metallischem Palladium auf einem Kohlenstoffträgermaterial ) und Auskristallisieren der Terephthalsäure aus katalysatorfreien,
in flüssiger Phase vorliegenden Lösungen bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 150°C. Die katalytische
Wasserstoffbehandlung wandelt 4-Carboxybenzaldehyd in p-Toluylsäure
um und entfärbt die Terephthalsäure.
Die GB-PS 1 152 575 betrifft eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens zur kommerziellen Anwendung durch verbesserte Arbeitsweisen
des gesamten Verfahrens von der Stufe des Lösens der rohen Terephthalsäure bis zu der Stufe des Auskristallisierens
der Terephthalsäure aus der mit Wasserstoff behandelten
wäßrigen Lösung. Bezüglich der Kristallisation wird eine Verdampfung des Lösungsmittels gelehrt, durch welche die zur
Ausfällung der kristallinen Terephthalsäure notwendige Kühlung
erreicht wird, warnt jedoch davor, daß durch dieses verdampfende Kühlen keine schockartige Abkühlung der Lösung erreicht
wird, was bei einem augenblicklichen Entspannungsverdampf en des Lösungsmittels der Fall wäre, da diese Schockabkühlung
gleichzeitig gelöste Verunreinigungen mit ausfällt, die das Terephthai säureprodukt verunreinigen. Um die verunreinigende
Wirkung dieser Schockabkühlung zu verhindern, wird in der GB-PS angegeben, daß das verdampfende Kühlen durch das
Verdampfen gegen einen Gleichgewichtsrückdruck gesteuert werden
soll, das beispielsweise dadurch erreicht wird, daß man das Ablassen des Wasserdampfs auf den Gleichgewichtsdruck
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drosselt. Hierdurch wird tatsächlich ein verdampfendes Kühlen
mit gesteuerter Geschwindigkeit erreicht.
Die Kristallisation mit Hilfe des verdampfenden Kühlens mit
gesteuerter Geschwindigkeit wird gemäß der genannten GB-PS auf eine kontinuierliche Kristallisation angewandt, die in
drei- in Reihe geschalteten Stufen unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß in 3,4 Stunden ein Temperaturabfall um
168°C (3O2°F) von der anfänglichen Temperatur der Lösung von 277°C (53O°F) bis zu der Temperatur der dritten Stufe von
109°C (228°F) erreicht wird. Diese Art, die Kristallisation zu führen, bei der sich eine durchschnittliche Abkühlrate von
0,820C (1,4 8°F) pro Minute ergibt, ist nicht nur außergewöhnlich
langsam, sondern führt, wenn man sie auf wäßrige Lösungen von Terephthalsäure mit einem Gehalt von p-Toluylsäure von
2400 ppm anwendet, zu einem Terephthalsaureprodukt, das 1200 ppm p-Toluylsäure enthält. Ein solches Produkt ist für
die direkte Umsetzung mit Äthylenglykol zur Bildung von Polyesterfasern nicht geeignet.
In der US-PS 3 452 088 wird die Warnung gegen eine schockartige Abkühlung wiederholt und eine weitere Verbesserung der kontinuierlichen
verdampfenden Abkühltechnik mit gesteuerter Geschwindigkeit angegeben, die auf das Kristallisieren von Terephthalsäure
aus wäßrigen Lösungen angewandt wird, welche gelöste p-Toluylsäure enthalten. Die Verbesserung besteht darin,
die Endkristallisationstemperatur und/oder die Temperatur bei der Abtrennung des kristallinen Produktes auf einen Temperaturbereich
von 121 bis 149°C (250 bis 3000F) zu begrenzen, um zu verhindern, daß die p-Toluylsäure die kristallisierende Terephthalsäure
verunreinigt. Durch Anwendung einer derartigen Endkristallisationstemperatur und/oder Produktabtrennungstemperatur
von 121 bis 149°C (250 bis 3oO°F) kann und wird Terephthalsäure,
die 150 ppm und weniger p-Toluylsäure enthält, mit einer etwas schnelleren Abkühlrate von 1,67 bis 2,22°C
(3 bis 4 F) pro Minute aus Beschickungslösungen gewonnen, die 6000 bis 500 ppm p-Toluylsäure enthalten. Jedoch stellt ein
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solches schnelleres Verdampfungsverfahren mit gesteuerter Geschwindigkeit
keine nützliche Basis für die Entwicklung noch schnellerer kontinuierlicher Entspannungsverdampfungs-Kristallisationen
dar, mit denen das in der GB-PS und den beiden US-PSen genannte p-Toluylsäure-Verunreinigungsproblem gelöst
werden kann.
Die Kristallisation durch Entspannungsverdampfung des Lösungsmitteis
ist im allgemeinen seit langem bekannt und macht sich die im wesentlichen augenblickliche Verminderung sowohl der Temperatur
als auch des Druckes sowie die davon begleitete im wesentlichen momentane Verdampfung des Lösungsmittels zunutze,
die dann eintritt, wenn die heiße Lösung des gelösten Materials in das bei einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren
Druck betriebene Kristallisationsgefäß eingeführt wird. Vorteilhafterweise
gestattet der schnell verdampfte Anteil des in die Dampfphase verdampften flüssigen Lösungsmittels eine
schnelle Abtrennung des Lösungsmitteldampfes. Sowohl die Kristallisation
als auch das Kristallwachstum treten schnell mit dem Abkühlen und Aufkonzentrieren der Lösung auf, wenn die Lösung
auf die niedrigere Temperatur entspannt wird. Das Wachstum der Kristalle erfolgt im wesentlichen auf Grund der niedrigeren
Temperatur und ist unabhängig von der Verweilzeit. Die Größe der in einem Kristallisationsgefäß enthaltenen Kristalle,
in das das Lösungsmittel entspannungsverdampft wird, kann durch
durch die Zirkulation einer Aufschlämmung der Kristalle in dem
unteren Bereich des Kristallisationsgefäßes gesteigert werden. Z.B. besteht eine Methode zum Erzielen einer derartigen Zirkulation
in einer gerührten Kristallisationszone darin, einen Teil der Aufschlämmung von dem oberen Niveau abzuziehen und
ihn, z.B. durch Pumpen, von unten in die gerührte Aufschlämmung einzuführen.
Jedoch kann die Anwendung der durch Entspannungsverdampfung des Lösungsmittels herbeigeführten Kristallisation der Terephthalsäure
aus einer wäßrigen Lösung, die ebenfalls gelöste p-Toluylsäure in Mengen von 500 bis 6000 ppm, bezogen auf Terephthalsäure,
enthält, wenn sie nicht in geeigneter Weise
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geführt wird, auch zu dem p-Toluylsäure-Verunreinigungsphänomen
Anlaß geben, das in der genannten GB-PS und genauer in der späteren US-PS beschrieben ist. Dieses Verunreinigungsphänomen
ist gewissem Maße anomal, da trotz der Tatsache, daß mehr als genug Wasser vorhanden ist, um
eine Sättigung, oder Übersättigung in bezug auf p-Toluylsäure
zu verhindern, die p-Toluylsäure dennoch aus der Lösung
ausfällt. Die genannte spätere US-PS nimmt an, daß das Verunreinigungsphänomen in gewissem Ausmaß von der Kristallisationsgeschwindigkeit
und der Endtemperatur der Kristallisation und der Produktabternnung und nicht ausschließlich
von der p-Toluylsäurekonzentration der Lösung abhängt.
Aus die Terephthalsäure-Sättigung und -Übersättigung wiedergebenden
Kurven (in denen die Konzentration der Terephthalsäure gegen die Temperatur aufgetragen ist) und mit Hilfe
der Angaben in den erwähnten GB- und US-PSen könnte man ein kontinuierliches Verfahren zur Kristallisation von Terephthalsäure
entwickeln, das mehrere in Reihe geschaltete Kristallisationsstufen
umfaßt, von denen jede bei einer niedrigeren Temperatur als die vorhergehende Stufe betrieben wird, und
das, damit eine der absatzweisen Kristallisation angenäherte glatte Verfahrensführung erreicht wird, ein Temperaturprofil
aufweist, das im wesentlichen der Terephthalsäure-Sättigungs-Kurve
folgt. Ein in dieser Weise ausgelegtes kontinuierliches Kristallisationsverfahren müßte mindestens etwa
40 geschwindigkeitsabhängige Kristallisationsstufen umfassen.
Jedoch wäre eine derartige kontinuierliche Kristallisation wegen der großen Anzahl von Stufen und ihres zeitraubenden
Betriebes wirtschaftlich nicht attraktiv und in technischem Maßstab nicht durchführbar. . .
Es ist nunmehr ein Verfahren zur Gewinnung von Terephthalsäure,
die einen, auf das Gewicht bezogenen, p-Toluylsäuregehalt
von 150 ppm oder weniger aufweist (d.h. eine für die Herstellung von Fasern geeignete Terephthalsäure), gefunden
worden, das auf wäßrige Terephthalsäurelösungen anwendbar 1st,
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welche 500 bis 6000 ppm p-Toluylsäure, auf das Gewicht bezogen,
enthalten, und das sich die im wesentlichen augenblicklich erfolgende Kristallisation geringer Anteile der gelösten
Terephthalsäure in wenigen, mindestens zwei, in Reihe geschalteten gerührten Kristallisationszonen zunutze macht. Diese
kontinuierliche Kristallisation kann mit Erfolg auf wäßrige Lösungen angewandt werden, die bei Temperaturen im Bereich
von 204 bis 288°C (400 bis 55O°F) im wesentlichen mit Terephthalsäure
gesättigt sind, vorausgesetzt, daß mindestens die bei Temperaturen von 182 bis 160°C (360 bis 32O°F) und
darunter betriebenen Zonen, und vorzugsweise sämtliche Zonen, derart betrieben werden, daß abnehmende Anteile der ursrpünglich
gelösten Terephthalsäure auskristallisiert werden. Der Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, wie später verdeutlicht
werden wird, angesichts der Lehre des Standes der Technik überraschend, daß die Entspannungsverdampfung des Lösungsmittels
zur Bewirkung der Kristallisation der Terephthalsäure aus einer wäßrigen Lösung, die ebenfalls gelöste p-ToIuylsäure
enthält, lediglich zu einer Terephthalsäure führt, die übermäßig mit p-Toluylsäure verunreinigt ist.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Gewinnung eines kristallinen Terephthalsäureproduktes mit einem
im Maximum 150 ppm nicht übersteigenden Gehalt an p-Toluylsäure aus einer flüssigen wäßrigen Lösung, die bei einer
Temperatur im Bereich von 204 bis 288°C (400 bis 55O°F) mit Terephthalsäure im wesentlichen gesättigt ist, die 500 bis
6000 ppm Toluylsäure enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß diese wäßrige Lösung kontinuierlich in die erste von zwei
oder mehreren, in Reihe geschalteten Zonen zum Verdampfen des Lösungsmittels und zur Kristallisation unter Rühren, die jeweils
bei fortlaufend niedrigerer Temperatur betrieben werden, eingeführt wird, wobei in mindestens den Zonen, die bei einer
Temperatur innerhalb eines Bereiches von 182 bis 160°C (360 bis 32O F) und darunter betrieben werden, abnehmende Mengen
der ursprünglich gelösten Terephthalsäure auskristallisieren, daß das verdampfte Lösungsmittel von jeder Zone abgezogen wird
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und daß die Temperatur bei der Gewinnung .des -Terephthalsäureproduktes
die gleiche ist wie die Temperatur der letzten Zone.
Mit Hilfe dieses Verfahrens kann die außergewöhnlich langsame
Kristallisation der Terephthalsäure durch das geschwindigkeitsgesteuerte
Verdampfen der abkühlenden, in flüssiger Phaser vorliegenden wäßrigen Suspensionen, die ebenfalls 500 bis
6000 ppm p-Toluylsäure, bezogen auf" die-; bei Temperaturen im Bereich von 204 bis 288°G (400 bis 55O°F) gelöste Terephthalsäure,
durch ein schnelleres kontinuierliches Entspannungsverdampfen des Lösungsmittels in zwei oder mehreren gerührten
Kristallisationszonen überwunden werden, wodurch man ein Terephthalsäureprodukt erhält, das 150 ppm p-Toluylsäure oder weniger
enthält. Dieses Produkt kann leicht durch kontinuierliches Abzentrifugieren von der Mutterlauge abgetrennt werden.
Die Auswahl der tatsächlichen und wirksamen Anzahl der in Reihe geschalteten, mit Rührern ausgerüsteten Kristallisationszo—
nen, in denen die Entspannungsverdampfung des Wassers erfolgt, hängt von der Konzentration der p-Toluylsäure, bezogen auf die
Terephthalsäure, und nicht von der Konzentration der p-Toluyl— säure in der irgendeiner der Zonen zugeführten Lösung ab, und
da die Kristallisation jeder Teilmenge der Terephthalsäure im
wesentlichen augenblicklich erfolgt, stellt dies keine geschwindigkeitsabhängige
Technik zur Bewirkung der Kristallisation der Terephthalsäure dar. Für anfänglich gelöste Terephthalsäure,
die 500 bis 6000 ppm p-Toluylsäure, auf das Gewicht und auf die Terephthalsäure bezogen, enthält, übersteigt
die Anzahl derartiger, in Reihe geschalteter Lösungsmittel-Entspannungsverdampfungszonen
eine Gesamtanzahl von acht gerührten Kristallisationszonen nicht. Z.B. sind zwei derartige
Zonen für 500 bis 1000 ppm p-Toluylsäure, drei derartige Zonen für 500 bis 2500 ppm p-Toluylsäure, vier derartige Zonen
1500 bis 4000 ppm p-Toluylsäure und fünf bis acht Zonen für 2000 bis 6000 ppm p-Toluylsäure, bezogen auf die anfänglich
in der Lösung enthaltene Terephthalsäure, ausreichend. Jedoch sind die Anzahl der mit den p-ToluylSäurekonzentrationen
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der Terephthalsäure verbundenen Zonen nicht die einzige Anzahl,
die mit Erfolg eingesetzt wird, da, wie im weiteren verdeutlicht werden wird, Terephthalsäure mit Faserqualität (d.h. Terephthalsäure,
die nicht mehr als etwa 150 ppm p-Toluylsäure enthält)
unter Verwendung von drei bis sechs gerührten Kristallisationszonen gewonnen.wird, wenn "der p-Toluylsäuregehalt der Terephthalsäure
1500 bis 6000 ppm beträgt. Vorzugsweise verwendet man für die Terephthalsäure mit einem p-Toluylsäuregehalt von
1500 bis 6000 ppm 3 bis 6 Lösungsmittel-Entspannungsverdampfungszonen. Aus Gründen'der Investitionskosten für die technische
Anwendung des erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens ist es bevorzugt, 2 bis 6 Lösungsmittel-Entspannungsverdampfungszonen
für anfängliche p-Toluylsäurekonzentrationen im Bereich von 500 bis 6000 ppm, auf das Gewicht und auf die
Tereohthalsäure bezogen, anzuwenden.
Bei dem Betrieb einer jeden der 2 bis 8, vorzugsweise 3 bis 6 Zonen für die Entspannungsverdampfung des Lösungsmittels wird
keine Teilmenge des verdampften ursprünglichen Wassers zu irgendeiner
Stufe des Verfahrens zurückgeführt. Die Auswahl der Betriebstemperatur einer jeden Lösungsmittel-Entspannungsverdampfung
in den in Reihe geschalteten 2 bis 8, vorzugsweise 3 bis 6 gerührten Kristallisationszonen kann vernünftigerweise
mit Hilfe einer Kurve, in der die Sättigungskonzentration der Terephthalsäure gegen die Temperatur aufgetragen ist, in der
Weise erfolgen, daß das Temperaturprofil des gesamten Verfahrens im wesentlichen dieser Kurve folgt.
Die im folgenden angegebenen Beispiele liefern eine Reihe derartiger
Temperaturprofile, die dazu angewandt werden können, dieselben Ergebnisse zu erreichen, oder die als Leitfaden zur
Auswahl andersgearteter Temperaturprofile dienen können, die
auf Lösungen angewandt werden, welche p-Toluylsäurekonzehtrationen
aufweisen, die sich von den angegebenen unterscheiden, jedoch innerhalb des Bereiches von 500 bis 6000 ppm, bezogen
auf das Gewicht der Terephthalsäure, liegen.
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Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren zur Kristallisation
von Terephthalsäure, das überraschenderweise in seiner Anwendung des Konzepts der Lösungsmittel-Entspannungsverdampfung
erfolgreich ist, ist auch auf die Feststellung gegründet, daß die Verunreinigung des Terephthalsäure-Endproduktes durch
Ausfällung der p-Toluylsäure aus der damit nicht gesättigten
Lösung nicht ein von der Abkühlungsgeschwindigkeit abhängiges Phänomen, sondern ein von der Temperatur abhängiges Phänomen
ist. Die Anwendung der Erkenntnis der Temperaturabhängigkeit des Phänomens bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bedeutet
nicht, daß die Auswahl eines Temperaturprofils für die Durchführung dieses Verfahrens durch eine kritische einzige Endkristallisationstemperatur
eingeschränkt wird, oberhalb der die p-Toluylsäure aus einer damit nicht gesättigten Säure ausgefällt
wird, und die in dieser Weise die Elastizität der Führung des erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens begrenzt.
Wie später aus einem Beispiel hervorgeht, wird mit jeder Teilmenge der kristallisierten Terephthalsäure eine gewisse
Menge der p-Toluylsäure aus der Lösung ausgeschieden. Jedoch bewirkt dies keine wesentliche Einschränkung der Flexibilität
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Vielmehr ist eine erhebliche Elastizität der Führung des erfindungsgemäßen
Verfahrens nicht nur mit Hinsicht auf den Gehalt der anfänglich eingeführten wäßrigen Lösung an gelöster
Terephthalsäure und deren innerhalb eines Bereiches von 500 bis 6000 ppm (auf das Gewicht bezogen) p-ToluylSäuregehaltes,
sondern auch mit Hinsicht auf die Auswahl einer Anzahl der gerührten Kristallisationszonen und selbst auf die Endqualität
des Terephthalsaureproduktes möglich. Die temperaturabhängige p-Toluylsäure-Abscheidung wird bedeutungsvoll dann, wenn eine
Temperatur im Bereich von 182 bis 160°C (360 bis 32O°F) erreicht worden ist. Die Anteile der ursprünglich gelösten Terephthalsäure,
die in einer jeden Zone auskristallisieren, können erheblich sein, bis die genannte Temperatur von 182 bis
16O°C (360 bis 32O°F) erreicht ist, wonach jeder kristallisierte
Anteil der ursprünglich gelösten Terephthalsäure abnehmend kleiner werden sollte. Jedoch ist jeder dieser kleiner
5 0 9 810/1171
werdenden Anteile nicht auf eine kritische begrenzende Einzelfraktion
der ursprünglich gelösten Terephthalsäure beschränkt. Selbst wegen dieses temperaturabhängigen Phänomens
und der Notwendigkeit, die unterhalb des sich von 182 bis
160°C (360 bis 32O°F) erstreckenden Temperaturbereichs, der eher für eine Schmiegsamkeit denn für eine Unelastizität des Betriebes spricht, auskristallisierten Anteile der Terephthalsäure zu vermindern, vermitteln die beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Leitfaden zur
Auswahl der Anzahl der Kristallisationszonen als auch des Anteils der in jeder dieser Zonen, die unterhalb des genannten Temperaturbereichs betrieben werden, auszukristallisierenden Terephthalsäure.
160°C (360 bis 32O°F) erstreckenden Temperaturbereichs, der eher für eine Schmiegsamkeit denn für eine Unelastizität des Betriebes spricht, auskristallisierten Anteile der Terephthalsäure zu vermindern, vermitteln die beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Leitfaden zur
Auswahl der Anzahl der Kristallisationszonen als auch des Anteils der in jeder dieser Zonen, die unterhalb des genannten Temperaturbereichs betrieben werden, auszukristallisierenden Terephthalsäure.
Im allgemeinen ist der Schlüsselfaktor zur Auswahl des Temperaturprofils
für die von 182 bis 160°C (360 bis 32O°F) und
darunter betriebenen Kristallisationszonen die Auswahl einer derartigen Temperatur für eine jede Zone, daß der Anteil der in jeder Stufe kristallisierten Terephthalsäure abnehmend
kleiner wird, verglichen mit dem Anteil der vorhergehenden
Zone. Dies führt nicht nur zu einer Verminderung des Anteils der Terephthalsäure, die unterhalb des sich von 171 bis 160°C (340 bis 32O°F) erstreckenden Bereiches auskristallisiert wird, sondern bringt auch die Verunreinigung mit p-Toluylsäure auf ein Minimum.
darunter betriebenen Kristallisationszonen die Auswahl einer derartigen Temperatur für eine jede Zone, daß der Anteil der in jeder Stufe kristallisierten Terephthalsäure abnehmend
kleiner wird, verglichen mit dem Anteil der vorhergehenden
Zone. Dies führt nicht nur zu einer Verminderung des Anteils der Terephthalsäure, die unterhalb des sich von 171 bis 160°C (340 bis 32O°F) erstreckenden Bereiches auskristallisiert wird, sondern bringt auch die Verunreinigung mit p-Toluylsäure auf ein Minimum.
Die folgenden drei Verfahrensweisen zeigen, daß das Konzept, die Endtemperatur der Kristallisation und der Produktabtrennung
auf 250 bis 3000C zu halten, oder das Konzept der geschwindigkeitsgesteuerten
Kristallisation der Terephthalsäure bei der Anwendung der Entspannungsverdampfung des Lösunsgmittels und
der diese begleitenden, im wesentlichen augenblicklichen Ausfällung der Terephthalsäurekristalle nicht dafür geeignet sind,
die Verunreinigung des gewonnenen Terephthalsäureproduktes
durch p-Toluylsäure zu vermindern.
durch p-Toluylsäure zu vermindern.
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Man führt eine wäßrige Lösung, die 20 Gewichts-% Terephthalsäure [ll,3 kg Terephthalsäure pro 45,5 kg Wasser (25 pounds
per 100 pounds)] und 2500 ppm p-Toluylsäure, bezogen auf die Terephthalsäure, enthält, bei einer Temperatur von 269°C
(515°F) und einem Druck von 56,2 kg/cm »abs. [800 pounds per
square inch absolute (psia)] in eine gerührte Kristallisation szo'ne ein, die bei einer Temperatur von 149°C (300°F) und
einem Druck von 4,71 kg/cm -abs. (6 7 psia) betrieben wird. Die Lösung wird kontinuierlich über einen Druckflußregler zugeführt,
der unmittelbar angrenzend an den Einlaß der Kristallisiereinrichtung angeordnet ist. Der sich durch die Entspannungsverdampfung
des Wassers von 269 auf 149°C (515 bis 300°F) ergebende Dampf wird aus der Kristallisiereinrichtung abgezogen,
kondensiert und verworfen. Die erhaltene Suspension der Terephthalsäurekristalle wird bei einer Temperatur von 149°C
(300 F) und einem Druck von 4,71 kg/cm »abs. (67 psia) zentrifugiert. Die gewonnene feste kristalline Terephthalsäure
wird getrocknet. Das hierbei erhaltene trockene Terephthalsäureprodukt
enthält, wie sich zeigt, etwa 1200 ppm p-Toluylsäure, auf das Gewicht bezogen.
Vergleichsbeispiel 2 .
Man wiederholt das obige Verfahren, mit dem Unterschied, daß die gelöste Terephthalsäure einen p-ToluylSäuregehalt von
500 ppm, auf das Gewicht bezogen, aufweist. Das bei diesem Verfahren gewonnene trockene Terephthalsäureprodukt enthält,
wie sich zeigt, etwa 250 ppm, auf das Gewicht bezogen, p-Toluylsäure.
Zur Bildung einer Lösung, die 11,3 kg Terephthalsäure pro 45,4kg
Wasser (25 pounds/lOO pounds)enthält, löst man bei einer Temperatur
von 277°C (53O°F) und einem Druck von 60,32 kg/cm -abs.
(858 psia) Terephthalsäure, die 2500 ppm p-Toluylsäure enthält, in Wasser.
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Dann schaltet man vier gerührte Kristallisationszonen in Reihe, um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Es wird
ein solches Temperaturprofil ausgewählt, daß im wesentlichen gleich große Anteile der ursprünglich gelösten Terephthalsäure
in jeder Zone auskristallisieren. Die entsprechenden Betriebstemperaturen und -drücke sind: 261°C und 47,43 kg/cm »abs.
(5O2°F und 674,7 psia); 252°C und 40,82 kg/cm2«abs. (485°F und
580,7 psia); 236°C und 31,44 kg/cm2-abs. (257°F und 447,2 psia);
und 149°C und 4,71 kg/cm »abs. (3000F und 67 psia). Die Lösung
wird mit einer solchen Geschwindigkeit eingeführt, daß in die erste Zone stündlich 45,4 kg (100 pounds) Terephthalsäure eingeführt
werden. Die in jeder Zone gebildete Menge Wasserdampf in kg/Stunde (pounds/Stunde) sind 14,28 (3l,4"8), 8,78 (19,36),
10,48 (23,1) bzw. 32,08 (70,73) kg/stunde. Die stündlich auskristallisierten
Mengen Terephthalsäure in kg (pounds) sind: 12,87 (28,37), 11,35 (25,03), 10,51 (23,17) bzw. 10,36 (22,85).
Die Suspension aus der vierten Zone strömt mit einer Geschwindigkeit von 161,3 kg (355,6 pounds) pro Stunde aus und enthält
45,18 kg (99,6 pounds) suspendierte Feststoffe und 116,2 kg (256,1 pounds) wäßrige Mutterlauge. Die Suspension wird bei
einer Temperatur von 149°C (300°F) und einem Druck von 4,71 kg/
2
cm »abs. (6 7 psia) zentrifugiert. Die in dieser Weise gewonnene und getrocknete Terephthalsäure enthält, wie sich zeigt, etwa 420 ppm p-Toluylsäure.
cm »abs. (6 7 psia) zentrifugiert. Die in dieser Weise gewonnene und getrocknete Terephthalsäure enthält, wie sich zeigt, etwa 420 ppm p-Toluylsäure.
Die genannte Verfahrensweise umfaßte, wie die folgenden Beispiele
1 und 3 erläutern, eine angemessene Anzahl von Kristallisationsstufen, eine End-Kristallisations- und Abtrenn-Temperatur,
die den Erfordernissen des Standes der Technik angemessen sind, und ein Temperaturprofil, das ausgehend von
dem aus dem Stand der Technik bekannten geschwindigkeitsabhängigen Phänomen logisch akzeptabel ist. Jedoch ist das Terephthalsäure-Endprodukt
von unannehmbarer Qualität (da sie wesentlich mehr als die maximal verträgliche Menge von 150 ppm
p-Toluylsäure enthält), was darauf zurückzuführen ist, daß der bei 149°C (300c
re zu groß ist.
re zu groß ist.
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bei 149°C (3000F) auskristallisierte Anteil der Terephthalsäu-
Die genannten drei Verfahrensweisen liegen natürlich außerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens.
Die wäßrigen Lösungen, die in die erste der 2 bis 8, vorzugsweise 3 bis 6 Lösungsmittel-Entspannungsverdatnpfungszonen des
erfindungsgemäßen Verfahrens eingeführt werden, in denen die gleichzeitig erfolgende Kristallisation der Terephthalsäure
im wesentlichen augenblicklich erfolgt, können Lösungen sein, die im wesentlichen bei Temperaturen im Bereich von 204 bis
288°C (400 bis 55O°F) mit Terephthalsäure gesättigt sind, was
einer Terephthalsäure-Sättigungskonzentration von 2 bis 50 Gewichtsteilen Terephthalsäure pro 100 Gewichtsteile Wasser entspricht.
Der Gehalt solcher gelöster Terephthalsäuren an p-Toluylsäure
liegt im Bereich von 500 bis 6000 ppm, was ebenfalls auf das Gewicht bezogen ist. Aus Materialsersparnisgründen ist
es bevorzugt, als Beschickungslösung für die erste Zone jene Lösungen zu verwenden, die 10 bis 30 Teile Terephthalsäure
pro 100 Teile Wasser enthalten. Die entsprechenden Terephthalsäure-Sättigungstemperaturen
liegen in dem Bereich von 242 bis 272°C (468 bis 522°F). Um jedoch eine vorzeitige Auskristallisation
der Terephthalsäure während der Überführung in die erste Zone (d.h. während der Überführung aus dem Bereich, in dem
die Reini'gung durch die katalytische Hydrierung erfolgt, in die erste Stufe) zu verhindern, ist es bevorzugt, daß diese 10 bis
30 Teile Terephthalsäure pro 100 Teile Wasser enthaltenden Lösungen
auf einer Temperatur gehalten werden, die mindestens etwa 5 bis 10°C über den entsprechenden Sättigungstemperaturen
liegt und die vorzugsweise eine Temperatur von 250 bis 28O°C (482 bis 536°F) aufweisen.
Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren zur Kristallisation
von Terephthalsäure besitzt ein angesichts des Standes der Technik weiteres einzigartiges Merkmal. Dieses einzigartige
Merkmal ist darin zu sehen, daß das gebildete kristalline Terephthai säure-Magma leicht durch kontinuierliches Abzentrifugieren
gewonnen werden kann, trotz der Angabe des Standes der Technik, daß die augenblickliche Kristallisation der
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Terephthalsäure aus der Lösung ein kristallines Magma ergibt, das so viele kleine Kristalle enthält, daß der Zentrifugenkuchen
verstopft wird, wodurch die Fest-Flüssig-Trennung durch kontinuierliches Zentrifugieren als technische Maßnahme nicht
durchführbar wird.
Die folgenden Beispiele erläutern geeignete Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung von Beschikkungsmaterialien
mit unterschiedlichen Terephthalsäurekonzentrationen, gelöster Terephthalsäure mit unterschiedlichen
p-Toluylsäuregehalten im Bereich von 500 bis 6000 ppm, unterschiedlicher
Anzahl von Zonen für die Lösungsmittel-Entspannungsverdampfung und die Kristallisation der Terephthalsäure
unter Rühren im Bereich von 2 bis 8 und unterschiedlichen Temperaturen
für die endgültige TerephthaiSäurekristallisation,
die sich selbst bis hinab zu 1000C (212°F) erstrecken. In
sämtlichen Beispielen wird die Beschickungslösung in die erste
der Zonen zum Verdampfen des Lösungsmittels und zur Kristallisation der Terephthalsäure unter Rühren mit einer solchen
Geschwindigkeit eingeführt, daß 45,4 kg (lOO pounds) Terephthalsäure
pro Stunde eingebracht werden. Die Terephthalsäure wird durch kontinuierliches Zentrifugieren abgetrennt,
mit frischem Wasser gewaschen, um die anhaftende Mutterlauge zu entfernen, und dann getrocknet. Das Waschen des feuchten
zentrifugierten Terephthalsaureproduktes vermindert den p-Toluylsäuregehalt
eines derartigen Terephthalsaureproduktes lediglich durch die Menge der p-Toluylsäure, die als gelöstes
Material in der anhaftenden geringen Menge der Mutterlauge vorhanden ist.
In jedem der folgenden drei Beispiele enthalten die in die erste Kristallisationszone eingeführten Beschickungslösungen
20 Gewichts-% Terephthalsäure (11,3 kg Terephthalsäure pro 45,4 kg Wasser (25 pounds per 100 pounds), die einen p-Toluylsäuregehalt
von 2500 ppm besitzt. Diese Beschickungslösung weist eine Temperatur von 269°C (515°F) [eine Temperatur,
die 2,780C (5°F) oberhalb der Sättigungstemperatur liegt]
und einen Druck von 56,24 kg/cm «abs. (800 psia), um das
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Wasser in flüssiger Phase zu halten, auf. Die Anz-ahl der Lösungsmittel
Entspannungsverdampfungsstufen beträgt 3, 5 und
Zur Bewirkung der in 3, 5 und 6 Zonen allmählich durchgeführtenΈηtspannungsverdampfungs-KristalIisation
wird die obige Beschickungslösung kontinuierlich in die erste gerührte Zone eingeführt. Das in jeder der gerührten Zonen gebildete
Magma (Kristalle + Lösung) wird jeweils in die nächste gerührte Zone überführt. Das in der letzten Zone gebildete
Magma wird kontinuierlich in die Zentrifuge eingebracht. Bei sämtlichen drei Ausführungsformen werden die letzte gerührte
Zone und die Zentrifuge bei einer Temperatur von 149°C (30O0P)
und einem Druck von 4,71 kg/cm »abs. (67 psia) betrieben. Die Temperatur [τ, 0C (0F)] und der Druck [p, kg/cm »abs. (psia)]
einer jeden Kristallisationsstufe und der Zentrifuge bei den
Verfahren, die in 3, 5 und 6 in Reihe geschalteten Rührzonen durchgeführt werden, sind in der folgenden Tabelle I angegeben.
Der p-ToluylSäuregehalt des bei diesen Verfahren anfallenden
Zentrifugenkuchens (in ppm, bezogen auf die Terephthalsäure) übersteigt die in der folgenden Tabelle I angegebenen
Werte nicht.
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- 16 Tabelle I
Kontinuierliche Lösungsmittel-Entspannungsverdampfunq-Terephthalsäure-Kristal!isation
Wäßrige Beschickungslösung: 20 Gewichts-% Terephthalsäure, die 2500 ppm p-Toluylsäure enthält, Temperatur 269°C (515°F),
Druck 56,24 kg/cm »abs. (800 psia)
Druck 56,24 kg/cm »abs. (800 psia)
Rührzone
1.: T, 0C (°F)
P,kg/cm «abs.(psia)
2.: T, 0C (°,F)
P,kg/cm »abs.(psia)
P,kg/cm «abs.(psia)
4.: T, 0C (°F)
P,kg/cm »abs.(psia)
5. rp °|-· ίΟρ^
P,kg/cm «abs.(psia)
6.: T, 0C (pF)
P,kg/cm -abs.(psia)
ο —, ^O—, \
T, C (λ")
T, C (λ")
P,kg/cm «abs.(psia)
p-Toluylsäuregehalt
des Kuchens
des Kuchens
216 (420) 21,1(300)
177 (350) 9,14(130)
149 (300) 4,71 (67)
nicht angewandt
nicht angewandt
nicht angewandt
149 (300) 4,71 (67)
85 ppm
(460)
32,3(460)
32,3(460)
(410)
19,0(2 7.0)
19,0(2 7.0)
(370)
12,0(170)
12,0(170)
(330)
7,03(100)
7,03(100)
(300)
4,71 (67)
4,71 (67)
nicht angewandt
(300)
4,71 (67)
4,71 (67)
ppm
238 (460) 32,3(460)
216 (420) 21,1(300)
199 (390) 15,1(215)
177 (350) 9,14(130)
166 (330) 7,03(100)
149 (300) 4,71 (67)
149 (300) 4,71 (67)
44 ppm
Man wiederholt das Verfahren der Beispiele 1 bis 3 unter Anwendung
der in der folgenden Tabelle II angegebenen Beschikkungslösungen,
Anzahl der Rührzonen, Temperaturen und Drücke,
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II | 2437846 | Beispiel 4 | Beispiel 5 | Beispiel 6 | |
20 | 20 | 20 | |||
- 17 - | Kontinuierliche Lösungsmittel-Entspannungsver | 2500 | 2500 | 2000 | |
Tabelle | dampf unq-Tereph thai säure- Kristallisation | 269 (515) | 277 (530) | 269 (515) | |
Beschickungslösunq | 56,2(800) | 60,2(857) | 56,2(800) | ||
Terephthalsäure, Gew.% | |||||
ppm p-Toluylsäure | 238 (460) 32,3(460) |
228 (443) 27,38(389,5 |
204 (400) ) 15,5(220) |
||
T, °C (0P) | 193 (380) 13,7(195) |
188 (371) 12,3(175) |
149 (300) 4,71 (67) |
||
P,kg/cm «abs.(psia) | 166 (330) 7,03(100) |
149 (300) 4,71 (67) |
nicht ange< wandt |
||
Rührzone | 143 (290 | nicht ange wandt |
nicht ange wandt |
||
1.: T, 0C (°F) P,kg/cm «abs.(psia) |
127 (260) | nicht ange wandt |
nicht ange wandt |
||
2.: T, 0C (°F) P,kg/cm «abs.(psia) |
100 (212) 1,03(14,7) |
nicht ange wandt |
nicht ange wandt |
||
3.: T, °C (°F) P,kg/cm »abs.(psia) |
|||||
4.: T, 0C (°F) P,kg/cm «äbs.(psia) |
100 (212) 1,03(14,7) |
149 (300) 4,71 (67) |
149 (300) 4,71 (67) |
||
5.: T, 0C (°F) P,kg/cm -abs.(psia) |
|||||
6.: T, °C (°F) P,kg/cm «abs.(psia) |
|||||
Zentrifuge | |||||
T, °C (°F) P,kg/cm «abs.(psia) |
p-Toluylsäuregehalt
des Kuchens 150 ppm
87 ppm
150 ppm
Es ist festzuhalten, daß in Beispiel 5 die Temperaturunterschiede
zwischen der Beschickung und der 1. Zone und zwischen den sich anschließenden Zonen im wesentlichen gleich sind. Dieses
Verfahren führt jedoch dennoch zu abnehmenden Anteilen der kristallisierten Terephthalsäure, die in den Zonen 1, 2 und 3 83,4,
13,7 bzw. 2,45 % der anfänglich gelösten Terephthalsäure betragen
In dem folgenden Beispiel 7 enthält die Beschickungslösung 20 Gewichts-%
Terephthalsäure mit einem p-Toluylsäuregehalt von
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1610 ppm und weist eine Temperatur von 2 77 C (53O°F) und einen
Druck von 60,4 kg/cm 'abs. (859 psia) auf, um das Wasser in
der flüssigen Phase zu halten. Die Lösung wird kontinuierlich mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß in die erste
der sechs in der oben beschriebenen Weise in Reihe betriebenen Zonen zur Lösungsmittel-Entspannungsverdampfung und zur
Kristallisation der Terephthalsäure unter Rühren 45,4 kg (100 pounds) Terephthalsäure pro Stunde eingeführt wird. Die
in diesem Beispiel angewandten Bedingungen hinsichtlich der Betriebsweise der. sechs'Zonen, des Prozentsatzes der in jeder
Zone stündlich kristallisierten ursprünglichen Terephthalsäure,
der Temperatur und des Drucks der Fest-Flüssig-Trennung in der Zentrifuge, des Prozentsatzes der gewonnen ursprünglichen
Terephthalsäure und des p-ToluylSäuregehaltes in ppm
des gewonnen und getrockneten (nicht gewaschenen) Terephthalsäureproduktes
sind in der folgenden Tabelle III zusammengefaßt. Dieses Beispiel unterscheidet sich in der Durchführungsweise
von sämtlichen anderen Beispielen dadurch, daß in die Zonen 1 und 2 im wesentlichen gleiche Mengen Terephthalsäure
auskristallisiert werden und die in dieser Weise auskristallisierte Gesamtmenge an Tereohthalsäure 93 Gewichts-%
der in der Beschickungslösung enthaltenen Terephthaisäuremenge
repräsentiert.
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Beispiel 7 Beschickungslösung
Temperatur: Druck':
Rührzone
1 2 3 4 5 6 Zentrifuge
p-Toluylsäuregehalt
des gewonnen Terephthalsäureprodukts:
- 19 Tabelle III
18 Gewichts-% Terephthalsäure mit einem p-Toluylsäuregehalt von 1610 ppm
277°C | (53O°F | (0F) | ) | (860 psia) | Kristallisierte |
60,45 | kg/cm | (485) | • abs. | Druck | Terephthalsäure, |
Temperatur· | (400) | (psia) | 45,83 | ||
0C | (330) | kq/cm | (580,7) | 47,20 | |
252 | (275) | 40,72 | (246,2) | 5,63 | |
204 | (250) | 17,31 | (102,9) | 0,97 | |
166 | (215) | 7,234 | (45,4) | 0,16 | |
135 | (215) | 3,19 | (29,8) | 0,12 | |
121 | 2,09 | (15,6) | 99,91 | ||
102 | 1,10 | (15,6) | |||
102 | 1,10 | ||||
102 ppm
Das sich gemäß Beispiel 7 ergebende trockene Terephthaisäureprodukt
ist hinsichtlich seiner Teilchengrößenverteilung einzigartig. Das Produkt besitzt über den Bereich von 0 bis 450 pm
eine relativ breite Teilchengrößenverteilung, wobei ein großer Anteil der Teilchen eine Größe von etwa 250 ium aufweist und
die Teilchengrößenverteilung zwei Teilchengrößemmaxima aufweist.
Eine solche Teilchengrößenverteilung ist charakteristisch für eine bi-modale Verteilung und nicht für eine normale Verteilung
der Teilchen bei der üblichen Kristallisation. Somit liefert das Verfahren des Beispiels 7 einen Weg zu einer einzigartigen
kristallinen Terephthalsäure mit Faserqualität. Solche einzigartigen bi-modalen kristallinen Produkte können dadurch
erhalten werden, daß man erfindungsgemäß 75 bis 95 % der gesamten
Terephthalsäure in im wesentlichen gleichen Anteilen in den ersten beiden der 3 bis 6 in Reihe geschalteten Rührzonen
kristallisiert.
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Im folgenden werden die Beispiele 8 und 9 und das Vergleichsbeispiel 4 angegeben, das in ähnlicher Weise wie das Beispiel 8
durchgeführt wird, jedoch anstelle der bei 166°C (33O°P) betriebenen
Kristallisationszone eine bei 135°C (275°F) betriebene Zone anwendet, wobei der Anteil der ursprünglichen
Terephthalsäure gleich ist der Summe der Anteile, die in Beispiel 8 in den bei 166°C (3300F) und 135°C (275°F) betriebenen
Zonen kristallisiert wird. Diese drei Beispiele verdeutlichen die geeignete und die ungeeignete Kristallisation abnehmender
Anteile der ursprünglich gelösten Terephthalsäure von dem sich von 182 bis 16O°C (360 bis 3200F) erstreckenden Bereich zu
niedrigen Temperaturen mit Hinsicht auf die p-Toluylsäure-Verunreinigung
des Terephthalsäure-Endprodukts.
Die in den Beispielen 8 und 9 und dem Vergleichsbeispiel 4 zugeführten
Beschickungslösungen stehen unter einer Temperatur von 277°C (53O°F) und einem Druck von 60,4 kg/cm »abs. (859 psia),
um das Wasser in der flüssigen Phase zu halten, und enthalten 18 Gewichts-% Terephthalsäure mit einem p-Toluylsäuregehalt
von 2000 ppm. Diese Lösungen werden in einer solchen Menge in die erste der in Reihe geschalteten Kristallisationszonen eingeführt,
daß sich in der ersten Zone stündlich 45,4 kg (100 pounds) Terephthalsäure ergeben. Die beim Betrieb der
Zonen und der Zentrifuge angewandten Temperatur- und Druck-Bedingungen, der Gewichtsprozentsatz des in jeder Zone auskristallisierten
Terephthalsäure-Anteils, der Gesamtprozentsatz der kristallisierten Terephthalsäure und der p-Toluylsäuregehalt
des gewonnen Terephthaisäureproduktes sind in der
folgenden Tabelle IV zusammengefaßt.
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- 21 Tabelle IV
Kontinuierliche Lösungsmittel-Entspannungsverdampfunq-Terephthaisäure-Kristallisation
Beschickunqslösung | °C (0F) | Beispiel 8 | 204 (400) 17,31(246,2) |
Vergleichs beispiel 4 |
Beispiel 9 |
Terephthalsäure, Gew.% | kg/cm 'abs. (psia) | 18 | 47,20 | 18 | 18 |
T, | Rührzone | 277 (530) | 166 (330) 7,234(102,9) |
277 (530) | 277 (530) |
P, | 1. : | 60,4(859) | 5,63 | 60,4(859) | 60,4(859) |
135 (275) 3,19(45,4) |
|||||
2. ; | 252 (485) 40,8(580) |
0,97 | 252 (485) 40,8(580) |
204 (400) 17,31(246,2) |
|
kristallisierte Tere phthalsäure, Gew.% 45,83 |
121 (250) 2,09(29,8) |
45,83 | 93,03 | ||
3.; | : T, 0C (°F) P,kg/cm »abs.(psia) |
0,16 | 204 (400) 17,31(256,2) |
166 (330) 7,234(102,9) |
|
kristallis. Tere phthalsäure, Gew.% |
100 (212) 1,03(14,7) |
47,20 | 5,63 | ||
4.: | : T, 0C (°F) P,kg/cm »abs.(psia) |
135 (275) 3,19(45,4) |
135 (275) 3,19(45,4) |
||
kristallis. Tere phthalsäure, Gew.% |
6,61 | 0,97 | |||
5.: | : T, 0C (°F) P,kg/cm ·abs.(psia) |
121 (250) 2,09(29,8) |
121 (250) 2,09(29,8) |
||
kristallis. Tere- phtalsäure, Gew.% |
0,16 | 0,16 | |||
6.: | : T, 0C (°F) P,kg/cm »abs.(psia) |
100 (212) 1,03(14,7) |
100 (212) 1,03(14,7) |
||
: T, 0C (°F) P,kg/cm «abs.(psia) |
kristallis. Tere phthalsäure, Gew.% |
0,12 | 0,12 | ||
: T, °C (°F) P,kg/cm «abs,(psia) |
nicht an gewandt |
nicht an gewandt |
kristallis. Terephthalsäure, Gew.% 0,12
φ or ί ρ} P,kg/cm »abs.(psi |
a) | 100 (212 1,03(14, |
91 | ) 7) |
100 (212) . 1,03(14,7) |
100 (212) 1,03(14,7) |
Gewonnene Terephthal säure, Gewichts-% |
99, | ppm | 99,91 | 99,91 | ||
p-Toluylsäuregehalt des Kuchens |
133 | 10/1 | 274 ppm | 153 ppm | ||
50 | 98 | 171 |
Bei dem Terephthalsäureprodukt des Beispiels 9 führt das einfache Waschen des Zentrifugenkuchens mit frischem Wasser
bei einer Temperatur von 93 bis 96°C (200 bis 2O5°F) zu einer Erniedrigung des p-Toluylsäuregehalts des gewaschenen und getrockneten
Produkts auf weniger als 150 ppm. Demgegenüber ergibt ein solches Waschen des Produkts des Vergleichsbeispiels
kein gewaschenes, getrocknetes Produkt mit einem p-Toluylsäuregehalt
von weniger als 150 ppm. Die nach der dritten Kristallisationszone des Vergleichsbeispiels 4 gewonnenen Tereph
thalsäure- Produktproben zeigen bei der Analyse, daß das
Terephthalsäureprodukt mehr als 2oO ppm p-Toluylsäure enthält.
Somit ist die Verfahrensweise des Vergleichsbeispiels 4 zu vermeiden.
In den folgenden Beispielen 10, 11 und 12 enthalten die Beschickungslösungen
20 Gewichts-% Terephthalsäure mit unterschiedlichem p-ToluylSäuregehalt, besitzen die gleiche Temperatur
von 277°C (53O°F) und den gleichen Druck von 60,2 kg/
2
cm «abs. (857 psia), um das Wasser in Lösung zu halten, und werden mit einer solchen Geschwindigkeit in die erste Zone eingeführt, daß sich in der ersten Zone 45,4 kg (100 pounds) Terephthalsäure pro Stunde ergeben. Die bei dieser Kristallisation angewandten wesentlichen Bedingungen sind in der folgenden Tabelle V zusammengestellt.
cm «abs. (857 psia), um das Wasser in Lösung zu halten, und werden mit einer solchen Geschwindigkeit in die erste Zone eingeführt, daß sich in der ersten Zone 45,4 kg (100 pounds) Terephthalsäure pro Stunde ergeben. Die bei dieser Kristallisation angewandten wesentlichen Bedingungen sind in der folgenden Tabelle V zusammengestellt.
509810/1171
2437846 | Beispiel 10 | Beispiel 11 | Beispiel 12 | |
20 | 20 | 20 | ||
4000 ppm | 6000 ppm | 600 ppm | ||
• | Kontinuierliche Lösungsmittel-Entspannungsver- | 277 (530) | 277 (530) | 277 (530) |
- 23 - | dampfung-Terephthalsäure-Kristallisation | 60,2(857) | 60,2(857) | 60,2(857) |
Tabelle V | Beschickungslösung | |||
Terephthalsäure, Gew.% | 227 (440) 26,6(378) |
227 (440) 26,6(378) |
216 (420)
21,6(307) |
|
p-Töluylsäureg ehalt | 84,45 | 84,45 | 90,36 | |
T, 0C (0F) | 193 (380) 13,7(195) |
193 (380) 13,7(195) |
171 (340)
8,30(118) |
|
P, kg/cm »abs. (psia) | 11,81 | 11,81 | 8,18 | |
Rührzone | 171 (340) 8,30(118) |
171 (340) 8,30(118) |
132 (270)
2,95 (42) |
|
1.: T, 0C (0F) P,kg/cm »abs.(psia) |
2,28 | 2,28 | 1,18 | |
kri stalIi s.Tere- phthalsäure, Gew.% |
154 (310) 5,48 (78) |
154 (310) 5,48 (78) |
100 (212)
1,03(14,7) |
|
2.:. T, 0C (°F) P,kg/cm »abs.(psia) |
0,74 | 0,74 | 0,21 | |
kri s tal Ii s. Ter e- phthaisäure, Gew.% |
141 (285) 3,72 (53) |
141 (285) 3,72 (53) |
nicht an
gewandt |
|
3.: T, 0C (°F) P,kg/cm «abs.(psia) |
||||
kristallis.Tere phthalsäure, Gew.% |
||||
4.: T, 0C (°F) P,kg/cm «abs.(psia) |
||||
kristaiiis.Tere phthalsäure, Gew.% |
||||
5.: T, 0C (0F) P,kg/cm -abs.(psia) |
kristalIis.Terephthalsäure,
Gew.% 0,32
T, 0C (?F) 141 (285)
P,kg/cin -abs. (psia) 3,72 (53)
Gewonnene Terephthalsäure, Gewichts-%
p-ToluylSäuregehalt des Kuchens
99,6
98,7 509810/117
0,32
141 (285) 3,72 (53) 99,6 148,1
100 (212) 1,03(14,7)
99,93 62,9
Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Terephthalsaurekrxstallisation wird die wäßrige Lösung
mit einer solchen Geschwindigkeit in die erste von acht Rührzonen eingeführt, daß sich in der ersten Zone 45,4 kg
(100 pounds) Terephthalsäure pro Stunde ergeben. Die Beschickungslösung besitzt eine Temperatur von 277°C (53O°F)
und einem Druck von 60,3 kg/cm »abs. (858 psia), um das Wasser in flüssiger Phase zu halten, und enthält 20 Gewichts-% Terephthalsäure
mit einem p-Toluylsäuregehalt von 2500 ppm. Insgesamt werden 76,9 kg (169,6 pounds) Wasser durch Entspannungsverdampfung verdampft. Die Betriebsbedingungen einer jeden Rührzone,
der kumulative Prozentsatz der kristallisierten Terephthalsäure und ihr p-Toluylsäuregehalt sind in der folgenden Tabelle VI
angegeben.
Kumulativer p-To-
Prozentsatz luyl-
Temperatur 2 Druck der kristal- säure-
Rührzone C (0F) kg/cm »abs.(psia) lis.Terephth. gehalt
1 238 (460) 32,3 (460) 74,79 7
2 210 (41O) 19,3 (275) 92,40 13
3 182 (360) 10,8 (153) 97,67 26
4 160 (320) 6,33 (90) 99,09 41
5 138 (280) 3,45 (49) 99,64 65
6 121 (250) 2,11 (3o) 99,82 90
7 110 (230) 1,48 (21) 99,89 109
8 100 (212) 1,03 (14,7) 99,93 131
Zentrifuge 100 (212) 1,03 (14,7) 99,93 131
Das gewonnene Terephthalsäure-Endprodukt entspricht dem Erfordernis,
daß der maximale p-Toluylsäuregehalt 150 ppm nicht übersteigt. Jedoch hätte das Terephthalsäureprodukt bereits aus dem
Magma isoliert werden können, das sich nach Durchlaufen der ersten sechs Kristallisationsstufen ergibt, ohne daß ein wesentlicher
Ausbeuteverlust bei einem p-Toluylsäuregehalt von etwa 89 ppm eintritt, der mit dem p-Toluylsäuregehalt von 87 ppm
des Terephthaisäureproduktes des Beispiels 5 vergleichbar ist.
509810/1 1 71
Es ist ferner festzuhalten, daß das Terephthaisäureprodukt
des Beispiels 13 eine Terephthalsäure höherer Qualität (131 gegenüber 150 ppm Toluylsäure) ergibt, was eine Folge des
Temperaturprofils der Terephthaisäureanteile ist, die unterhalb
des sich von 182 bis 160°C (360 bis 32O°P) erstreckenden Bereiches kristallisiert werden, verglichen mit dem gleichen
Profil des Beispiels 4.
509810/1171
Claims (8)
- Patentansprüche/l.JVerfahren zur Gewinnung eines kristallinen Terephthalsäureproduktes mit einem im Maximum 150 ppm nicht übersteigenden Gehalt an p-Toluylsäure aus einer flüssigen wäßrigen Lösung,' die bei einer Temperatur im Bereich von 204 bis 288°C mit Terephthalsäure im wesentlichen gesättigt ist,
welche 500 bis 6000 ppm p-Toluylsäure enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß diese wäßrige Lösung
kontinuierlich in die erste von zwei oder mehreren, in Reihe geschalteten Zonen zum Verdampfen des Lösungsmittels
und zur Kristallisation unter Rühren, die jeweils bei fortlaufend niedrigerer Temperatur betrieben werden, eingeführt wird, wobei in mindestens den Zonen, die bei einer Temperatur innerhalb eines Bereiches von 182 bis 160°C und darunter betrieben werden, abnehmende Mengen der ursprünglich gelösten Terephthalsäure auskristallisieren, daß das verdampfte Lösungsmittel von jeder Zone abgezogen wird und daß die
Temperatur bei der Gewinnung des Terephthalsäureproduktes
die gleiche ist wie die Temperatur der letzten Zone. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anzahl der in Reihe geschalteten Zonen im Bereich von 2 bis 8 liegt. - 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
flüssige wäßrige Terephthalsäure-Ausgangslösungen mit einem p-ToluylSäuregehalt von 1500 bis 6000 ppm die Anzahl der in Reihe geschalteten Zonen im Bereich von 3 bis 6 liegt. - 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt 75 bis 95 % der ursprünglich gelösten Terephthalsäure in im wesentlichen gleichen Anteilen in den ersten beiden Zonen bei einer Temperatur oberhalb des sich von 182 bis
1600C erstreckenden Bereiches kristallisiert werden, wonach der restliche, 5 bis 25 % umfassende Anteil der ursprünglich gelösten Terephthalsäure in abnehmenden Anteilen509810/1171auskristallisiert wird. - 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der kristallisierten Terephthalsäure von der ersten bis zur letzten Zone kleiner werden.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5 ,· dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Temperatur der Beschickung und der ersten Zone und zwischen den Temperaturen aufeinanderfolgender Zonen eine im wesentlichen gleiche Temperaturdifferenz aufrechterhalten wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zonen im Bereich von 2 bis 6 liegt und die letzte Zone bei einer Temperatur von 149°C betrieben wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zonen im Bereich von 4 bis 8 liegt und die letzte Zone bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 141°C betrieben wird./
509810/1171
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