DE2529170A1 - Verfahren zur reinigung waessriger roh-glycolsaeure-loesungen - Google Patents

Verfahren zur reinigung waessriger roh-glycolsaeure-loesungen

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DE2529170A1
DE2529170A1 DE19752529170 DE2529170A DE2529170A1 DE 2529170 A1 DE2529170 A1 DE 2529170A1 DE 19752529170 DE19752529170 DE 19752529170 DE 2529170 A DE2529170 A DE 2529170A DE 2529170 A1 DE2529170 A1 DE 2529170A1
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glycolic acid
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tributyl phosphate
diisopropyl ether
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Ulrich Dr Metz
Horst Dr Michaud
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SUEDDEUTSCHE KALKSTICKSTOFF-WERKE AG
Evonik Operations GmbH
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SUEDDEUTSCHE KALKSTICKSTOFF-WERKE AG
SKW Trostberg AG
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    • 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
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    • C07C51/08Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides from nitriles

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Description

Süddeutsche Kail·-ticlcsUI/-'Jarl·- Troctborg, 30.6.1975
/iktienge-: <;!.l3chai ;-8223 Troiit.berg Unser Seichen:
Piit. 771 - Dr.Kr/lr
Verfahren zur Reinigung vLIßrie^r Roh-Glycolsäure-Losungen
Gegenstiind der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung wäßriger Roh-Glycol säure--· Lo sungsri, die man durch Hydrolyse von Glycolsäurenitril mittels Schwefelsäure bei erhöhter Temperatur erhalten hat, durch doppelte Gecxenstroraextraktion.
Bs ist bekannt, Cyanhydrine mit überschüssiger wäßriger Mineralsäure, z.B. Schwefelsäure, in Gegenwart von Chloridionen zu den entsprechenden Hydroxysaureii zu verseifen (USP 14 79 874). Der große Überschuß an Mineralsäure bedingt jedoch - die überschüssige Schwefelsäure ist zu neutralisieren, wodurch große Salzmengen anfallen - beträchtliche Mehraufwendungen für Reinigungsoperationen, welche die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens infrage stellen. Neben den reaktionsbedingt anfallenden Ammoniumsalzen sind es vor allem die durch Neutralisation entstandenen Salze, die einen erhöhten Reinigungsaufwand bzw. eine unvertretbare Abwasserbelastung verursachen.
Die Isolierung der Glycolsäure ergibt sich aus weiteren Veröffentlichungen.
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So wird gemäß der US-Patentschrift 20 28 064 Glycolsäure aus ihrem schwerlöslichen Calciumsalz gewonnen, nach USP 26 86 als wenig lösliches Zinksalz gefällt und, USP 20 92 494 entsprechend, mittels Wasserdampfdestillation gelöst in Methylisobutylketon isoliert. Eine weitere Möglichkeit der Glycolsäurereinigung beschreibt USP 24 19 137. Dazu sind die lipophilen Glycolsäure- Methyl- bzw. Äthylester darzustellen und nach dem Abtrennen der wäßrigen Phase wieder zu hydrolysieren.
Da Glycolsäure praktisch unbegrenzt wasserlöslich, nicht destillierbar und "hygroskopisch ist, ferner mit Ammoniumsulfat Mischkristalle bildet, erbringt ihre Isolierung aus wäßrigen salzhaltigen Lösungen nur Ausbeuten von max. 80 %. Alle vorgeschlagenen Verfahren sind zudem kostspielig und für eine großtechnische Produktion zu aufv/endig.
Überraschend 1st es nun gelungen, Ausbeuten bis zu 100 % dadurch zu erzielen, daß man nach vollständiger Hydrolyse mittels stöchiometrischer, auf die Bindung des freiwerdenden Ammoniaks berechneter Schwefelsäuremenge die entstandene Glycolsäure bei Raum- oder erhöhter Temperatur dem Reaktionsmedium durch Gegenstromextraktion entzieht und in ein aus neutralem Phosphorsäureester und aliphatischem Äther bestehendes Lösungsmittelgemisch überführt, woraus man durch anschließende Gegenstromextraktion mit Wasser eine reine, wäßrige Glycolsäurelösung gewinnt.
Einerseits läßt sich die bei stöchiometrischer Arbeitsweise anfallende Ammonsulfatraenge - im Gegensatz zum Arbeiten mit Säureüberschuß - auf 1 Mol Ammonsulfat je 2 Mol Glycolsäurenitril verringern. Das anfallende Ammonsulfat ist frei von Verunreinigungen, praktisch farblos und kann (z.B.) als Düngemittel oder Feuerlöschmittel Verwendung finden. Andererseits vermeidet man ein bei Säureunterschuß eintretendes, unzureichendes Hydrolyseergebnis, bei dem die Glycolsäure vor allem mit Glycolsäurenitril verunreinigt bleibt.
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Die Hydrolyse* des Glycolsaurenitrils zu Glycolsäure wird gemäß dor Erfindung mit 40 - 80 %igor - in Abhängigkeit vom Wassergehalt dex~ zu hydrolysierenden wäßrigen Glycolsäurenitrillösung -, vorzugsweise 55 %iger wäßriger Schwefeleäui-e, bei Reaktionsteinperaturen von 100 - 1500C, vorzugsweise 135 1400C, durchgeführt. Die für eine vollständige Umsetzung erforderlichu Reaktionszeit schwankt, in Abhängigkeit vom Koch-punkt und damit von der Konzentration der Lösung zwischen 3 und 6 Stunden, und zwar ohne Rückreaktion in die Ausgangskomponenten oder Bildung organischer Nebenprodukte. Der Zusatz katalytischer Mengen an Fremdionen, z.B. Chloridionen, ist für den glatten Re'aktionsablauf der Hydrolyse entbehrlich.
Die stark hydrophile. Glycolsäure wird aus der wäßrigen Ammonsulfat enthaltenden Lösung gemäß der Erfindung durch flüssigflüssig Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel isoliert. Bewährt haben sich Mischungen aus neutralen Phosphorsäureestern (RO)3PO (R=aliphatischer C,-C6~Rest) mit Äthern R-O-R1 (R u. R1 aliphatischen- C1-C5-ReSt).
Erfindungsgemäß wird die Extraktion - zweckmäßig kontinuierlich. - unter Verwendung eines Mehrstufenextraktors im Gegenstrom durchgeführt, wobei die Glycolsäure mit einem Lösungsmittelgemisch großer Selektivität aus der Reaktionslösung stufenweise bei Raum- oder erhöhter Temperatur extrahiert wird. Bewährt hat sich vor allem ein aus Tributylphosphat und Diisopropyläther bestehendes Lösungsmittelgemisch, dessen Komponentenanteile im Verhältnis Tributylphosphat : Diisopropyläther von 10 : 90 bis 90 : 10 schwanken können. Vorzugsweise arbeitet man mit einem Mischungsverhält nis von 40 : 60 bis 60 : 40, insbesondere 50 : 50.
Die Glycolsäure kann damit der Reaktionslösung zu 98 - 99 % entzogen werden.
Die im organischen Losungsmittelgemxsch angereicherte Glycolsäure gewinnt man aus diesem durch kontinuierliche Mehrstufenextraktion mit Wasser, wobei das organische Lösungsmittel im Kreislauf bewegt, dem Raffinat kontinuierlich Glycolsäure
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entzogen wird. Um Lösungsmittelverluate zu vermeiden, kann man die in der wäßrigen Glycolsäurelösung vorhandenen Restmengen an Tributylphosphat und Diisopropyläther durch Er-" hitzen und/oder Einleiten von Wasserdampf abtrennen und in den Lösungsmittelkreislauf zurückführen.
Die Glycolsäure fälJ-t nach der beschriebenen Arbeitsmethode als ca. 20 %ige wäßrige Lösung an, ist praktisch farblos, von hoher Reinheit, frei von anorganischen Salzen - insbesondere von Ammonsulfat - und kann durch Verdünnen oder Eindampfen in jeder gewünschten Konzentration erhalten werden.
Die an sich mögliche diskontinuierliche Durchführung des erfindungsg^mäßen Verfahrens wird aus wirtschaftlichen Gründen bedetihungslos bleiben.
Nachstehendes Beispiel soll die Erfindung näher erläutern, ohne diese dadurch einschränken zu wollen.
In einem vierstufigen Kaskadenreaktor werden 205 Teile 96 %ige Schwefelsäure mit 200 Teilen Wasser gemischt und auf ca. 1000C erhitzt. In die heiße, verdünnte Schwefelsäure läßt man unter Rühren 259 Teile 88 %iges wäßriges Glycolsäurenitril innerhalb von ca. 10 Min. einfließen. Die Hydrolyse des Glycolsäurenitrils findet unter Aufsieden der Lösung in stark exothermer Reaktion statt. Nach deren Abklingen wird der Ansatz 4 1/2 Stdn. am Rückflußsieden gehalten. Die Einstellung eines bei 137°C konstant siedenden Gemisches benötigt etwa 2 Stunden. Mit fortschreitender Reaktion dosiert man in die erste Kaskade des Reaktors die Ausgangsmaterxalxen nach.
Die aus dem Reaktor abfließende Glycolsäurelösung kühlt man auf 60 - 700C ab und versetzt mit 200 Teilen Wasser, um eine Kristallisation zu vermeiden. Der Umsatz von Glycolsäureni- tril zu Glycolsäure verläuft mit über 99 %iger Ausbeute.
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Dia nach vorstehender Arbeicnmc-chode erhaltene Rohglycolsäure v/ird bei 40 — 50 C mit der vierfachen Gev'ichtsrrscnge eines Gemisches aus Tributylphosphat/Diisopropyläther 50/50 im Gegenstrorn kontinuierlich extrahiert, wobei eich die Glycolsäure in der organischen Phase anreichert. Das wäßrige Raffinat enthält nach der neunten Extraktionsstufe 265 Teile Ammonsulfat und weniger als 3,5 Teile Glycolsäure. Das Ammonsulfat v/ird durch Kristallisation und anschließendes Eindampfen der wäßrigen Lösung isoliert.
Mit ähnlich gtite'm Abtrennungsergebnis verläuft die Extraktion, wenn man Tributylphosphat-Diisopropyläther-Mirichungen im Verhältnis 35 : 65. bzw. 65 : 35 verwendet.
Das mit Glycolsäure angereicherte orcjanische Extraktionsmittel wird mit der 1/lOfachen Gewichtsmenge V7asser im Gegenstrom kontinuierlich extrahiert. Man erhält eine 18 22 %ige wäßrige Glycolsäure, die durch EindamxDfen vom nieder siedenden Diisopropyläther und wasserdampfflüchtigen Tributylphosphat befreit wird. Es werden 426,4 Teile wäßrige reine 70 %ige Glycolsäure erhalten, entsprechend 98,3 % Ausbeute, bezogen auf Glycolsäurenitril.
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Claims (6)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung wäßricfer Roh-Glycolsäure-Lösungen, die durch Hydrolyse von Glycolsäurenitril mittels Schwefelsäure bei erhöhter Temperatur erhalten wurden, dadurch gekennzeichnet, daß man .nach vollständiger Hydrolyse mittels stöchiometrischer, auf die Bindung des freiwerdenden Ammoniaks berechneter Schwefelsäuremenge die entstandene Glycolsäure bei Raum- oder erhöhter Temperatur dem Reaktionsmedium durch Gegenstromextraktion entzieht und in ein aus neutralem Phosphorsäureester und aliphatischem Äther bestehendes Lösungsmittelcjemisch überführt, woraus man durch anschließende Gegenstromextraktion mit Wasser eine reine, wäßrige Glycolsäurelösung gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung von Glycolsäurenitril zu Glycolsäure bei Temperaturen von etwa 100 - 1500C durchführt r
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Hydrolyse und Gegenstromextraktion kontinuierlich führt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Gegenstromextraktion eine Lösungsmittelmischung, bestehend aus Tributylphosphat und Diisopropyläther, verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Lösungsmittelmischungen der prozentualen Zusammensetzung Tributylphosphat : Diisopropyläther = 10 ι 90 bis 90 : verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösungsmittelmischung Tributylphosphat : Diisopropyläther = 50 : 50 verwendet.
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DE19752529170 1975-07-01 1975-07-01 Verfahren zur reinigung waessriger roh-glycolsaeure-loesungen Withdrawn DE2529170A1 (de)

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