DE2905805A1

DE2905805A1 - Vorrichtung zur herstellung aromatischer carbonsaeuren

Info

Publication number: DE2905805A1
Application number: DE19792905805
Authority: DE
Inventors: Shigemi Shiraki; Ryoichi Yamamoto
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1978-02-15
Filing date: 1979-02-15
Publication date: 1979-08-16
Also published as: GB2017522B; JPS6121217B2; FR2417490B1; GB2017522A; FR2417490A1; JPS54109939A; DE2905805C2; US4243636A

Description

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DR. E. WIEGAND DIPL-irfG. W. NItMANN

MÖNCHEN IAM9URG

DR. M. KÖHLER DlPUNG. C GERNHARDT

MÖNCHEN MÖNCHEN 2305805 Telefon: 089/55 5 4 76/7 βοοο monchen 2, Telegramme = icARPATENT Herzog-WilheIm-Str.16 TE IE Xi S2906» HARP D °

15.Februar 1979 W. 43386/79 - K/G

Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. Tokyo (Japan)

Vorrichtung zur Herstellung aromatischer Carbonsäuren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung aromatischer Carbonsäuren mit hoher Reinheit und guter Farbe durch katalytische Flüssigphasenoxidation von alkylsubstituierten aromatischen Verbindungen mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas. Die Vorrichtung ist von einfachem Aufbau und leicht herzustellen und kann die unerwünschte oxidative Zersetzung

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der niedrigen aliphatischen Carbonsäure als Lösungsmittel mit verringertem Kraftverbrauch im Vergleich zu der üblichen Vorrichtung unter Einschluß eines mit einem Impeller, der aus flachen Blättern aufgebaut ist, aufgebauten Rührwerkes hemmen. Ferner kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise aufgebaut werden, indem lediglich der Blatteil der vorstehenden üblichen Reaktionsvorrichtung ersetzt wird.

Es ist bekannte technische Praxis, aromatische Carbonsäuren, beispielsweise Terephthalsäure, die als Rohmaterialien für Polyester wertvoll sind, durch Oxidation alkylsubstituierter aromatischer Verbindungen wie p-Xylol mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas wie Luft in der flüssigen Phase in einer niedrigen Fettsäure als Carbonsäurelösungsmittel wie Essigsäure in Gegenwart eines Schwermetalloxidationskatalysators wie einer Kombination einer Kobaltverbindung und einer Halogenverbindung herzustellen.

Es ist auch bekannt, daß zur Herstellung von Polyestern wie Polyäthylenterephthalat von hoher Qualität nach einem direkten Polymerisationsverfahren die Ausgangsterephthalsäure von hoher Qualität sein muß und zahlreiche Vorschläge wurden gemacht, um eine derartige Terephthalsäure von hoher Qualität durch eine technisch vorteilhafte einstufige Oxidationsreaktion von alkylsubstituierten aromatischen Verbindungen herzustellen. Jedoch wurde bis jetzt keine völlig zufriedenstellende Verbesserung erreicht.

Insbesondere erfordert die Herstellung durch eine einstufige Oxidationsreaktion von Terephthalsäure mit einer derartig hohen Qualität, daß sie beim direkten PoIy-

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merisationsverfahren verwendet werden kann, scharfe Oxidationsbedingungen, welche scharf die Anteile und die Konzentration des Lösungsmittels, die Zusammensetzung und Konzentration des Katalysators, die Reaktionstemperatur, die Menge des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases und der Verweilzeit begrenzen. Falls ein Versuch unternommen wird, eine Terephthalsäure von hoher Qualität durch katalytische Oxidation von p-Xylol in der flüssigen Phase unter diesen komplizierten und nachteiligen gesteuerten Bedingungen zu oxidieren, nimmt die oxidative Zersetzung der Essigsäure als Lösungsmittel stark zu und infolgedessen liefert die Anwendung solch scharfer Bedingungen keine zufriedenstellende Maßnahme zur Herstellung von Terephthalsäure hoher Qualität.

Aus diesem Grund besteht die allgemeine, nunmehr im Gebrauch für die Herstellung von Terephthalsäure solch hoher Qualität bestehende Praxis, die zur Herstellung eines Polyesters hoher Qualität wie Polyäthylenterephthalat durch direkte Polymerisation fähig ist, darin, relativ milde Oxidationsbedingungen anzuwenden und die erhaltene rohe Terephthalsäure, welche ziemlich große Mengen an Verunreinigungen wie Oxidationszwischenprodukte z.B. 4-Carboxybenzaldehyd, und färbende Substanzen enthält, einer Reinigungsbehandlung wie einer katalytischen Hydrierung, katalytischen Decarbonylierung oder Umkristallisation zu unterziehen. Auch dieses Verfahren ist jedoch nicht vollständig zufriedenstellend für die technische Praxis, da der Behandlungsarbeitsgang die Einrichtung zusätzlicher Vorrichtungen erfordert, welche kompliziert und teuer sind, so daß die Kosten der Herstellung zwangsläufig ansteigen.

Eine Gruppe früherer Vorschläge besteht in der Vermeidung derartiger Nachteile und Störungen und richtet

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eich auf die Verbesserung der Vorrichtungen selbst, die für die katalytische Oxidation in flüssiger Phase von alkylsubstituierten aromatischen Verbindungen mit molekularen Sauerstoff enthaltenden Gasen verwendet werden.

Beispielsweise beschreibt die japanische Patentveröffentlichung 14092/72 vom 27.April 1972 eine Oxidationsreaktionsvorrichtung mit dem in Fig. 5 der beiliegenden Zeichnungen gezeigten Querschnittsaufbau, welche zur Durchführung der Oxidationsreaktion von p-Dialkylbenzol in glatter Weise durch Kontaktierung der Reaktionsteilnehmer miteinander in einheitlicher und rascher Weise im Reaktor zur Bildung von Terephthalsäure von hoher Qualität, die zur Anwendung bei der direkten Polymerisation geeignet ist, bestimmt sein soll. Diese Reaktionsvorrichtung umfaßt ein Reaktionsgefäß 100, eine Gasablaßöffnung 106 am Oberteil des Gefäßes, eine öffnung 108 am Boden des Gefäßes zum Abziehen des Oxidationsproduktes, eine Öffnung 105 am Boden des Gefäßes zur Zuführung eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases, ein Rohr 107, welches sich vom Oberteil zum Boden des Reaktionsgefäßes zur Rückflußführung kondensierter Flüssigkeit erstreckt, eine hohle Rührwelle 102 innerhalb des Gefäßes 100 mit einem sich hindurch erstreckenden hohlen Durchgang, einer Materialzufuhroffnung 101, die mit dem Oberteil der Rührwelle 102 verbunden ist und zu dem hohlen Durchgang führt, und einer Mehrzahl von hohlen, an der Welle 102 befestigten Blättern 103, wobei jedes dieser Blätter eine Materialzufuhroffnung 109 besitzt, die mit dem hohlen Durchgang der Welle 102 verbunden ist. Die Vorrichtung ist so gestaltet, daß das Ausgangs-p-Dialkylbenzol von der öffnung 101 zugeführt wird, durch den hohlen Durchgang innerhalb der Welle geführt wird und dann in das Reaktionsgemisch durch die

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Materialzufuhröffnungen 109 der Blätter 103, wodurch es dispergiert wird, eingeführt wird.

Die Vorrichtung gemäß dieser Patentveröffentlichung ist von komplizierter Struktur und schwierig aufzubauen, da ein kontinuierlicher Durchgang zur Zuführung des Materials innerhalb der Rührwelle und der Blätter ausgebildet werden muß. Außerdem ist die Vorrichtung schwierig während eines längeren Zeitraumes stabil zu betreiben. Ferner kann die oxidative Zersetzung der Essigsäure als Lösungsmittel nicht vollständig gehemmt werden und es findet keine Verringerung des Kraftverbrauches statt.

In der japanischen Patentveröffentlichung 41624/76 vom 11. November 1976 ist ein Verfahren zur Herstellung von Terephthalsäure unter Anwendung einer Vorrichtung mit der in Fig. 6 gezeigten Querschnittsausbildung, wobei der Oberteil weggebrochen ist, gezeigt, welche zur Herstellung von hoch reiner Terephthalsäure durch Verbesserung der Dispersion und der Vermischung der Reaktionsteilnehmer im Reaktor bestimmt ist. Diese Patentveröffentlichung gibt spezifisch ein Verfahren zur Herstellung von Terephthalsäure durch katalytische Flüssigphasenoxidation von p-Xylol in einer niedrigen aliphatischen Carbonsäure als Lösungsmittel unter Anwendung eines Reaktors mit einem Rührwerk an, welches mit mehrstufigen Impellern 3a, 3b, 3c, 3d ausgestattet ist, die jeweils einen Durchmesser d besitzen und an der Welle in einem Abstand 1 befestigt sind, der das 1- bis 1,5-fache des Impellerdurchmessers d beträgt, wobei das Ausgangs-p-Xylol in verschiedene Teile des Reaktionsgemisches durch mehrfache

Zufuhrrohre 2a, 2b, 2c, 2d eingeführt wird und das

Reaktionsgemisch, um ein vollständiges Rühren zu bewirken, mit einer Rührkraft von mindestens 9 HP/3790 Liter, vorzugsweise 9 bis 100 HP/3790 Liter gerührt wird. In der

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Fig. 6 bezeichnet die Bezugsziffer 200 eine öffnung zur Einleitung eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases und die Ziffer 201 bezeichnet eine öffnung zur Abziehung des Oxidationsreaktionsproduktes. Auch diese Vorrichtung ist jedoch von kompliziertem Aufbau und schwierig aufzubauen, da eine Anzahl von Materialzufuhrleitungen innerhalb des Reaktionsgefäßes vorhanden sind. Ferner kann sie nicht vollständig die oxidative Zersetzung der niederen aliphatischen Carbonsäure als Lösungsmittel hemmen und eine Verringerung des Kraftverbrauches kann nicht erzielt werden, da ein Rührwerk mit flachen Blättern verwendet wird, um einen vollständig gerührten Zustand zu erzielen.

Somit beruhen sämtliche dieser bisherigen Vorschläge zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile oder Störungen durch eine Verbesserung des Reaktionsgerätes auf der technischen Idee der Einführung der alkylsubstituierten aromatischen Ausgangsverbindung in das Reaktionssystem an einer Mehrzahl von Stellen und kein zufriedenstellendes Ergebnis wurde auf Grund dieser Vorschläge bisher erzielt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden ausgedehnte Untersuchungen zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile und Störungen durch Verbesserung der Reaktionsvorrichtung selbst unternommen. Diese Untersuchungen führten zu der Feststellung, daß die vorstehenden Nachteile und Störungen des Standes der Technik überwunden werden können, wenn von der technischen Idee des Standes der Technik hinsichtlich der Verbesserung der Vorrichtung für die katalytische Flüssigphasenoxidationsreaktion von alkylsubstituierten aromatischen Verbindungen abgewichen wird und die Blätter eines Rührwerkes so gestaltet werden, daß sie eine Wirkung zur Bewegung des Reaktionsgemisches innerhalb des Reaktors in einer "kammartigen" Weise ausüben.

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Im Rahmen der Erfindung wurde spezifisch gefunden, daß durch Ausbildung eines Rührwerkes mit einer Mehrzahl von Blätterstufen, von denen mindestens eine aus kammartigen flachen Blättern besteht, die jeweils aus kammzahnartigen Stücken, die in Abständen angeordnet sind, bestehen, sich eine verbesserte Vorrichtung für die katalytische Flüssigphasenoxidationsreaktion von alkylsubstituierten aromatischen Verbindungen ergibt, welche die unerwünschte oxidative Zersetzung der niederen aliphatischen Carbonsäure als Lösungsmittel hemmt und weniger Kraft als die üblichen, mit einem Rührwerk mit flachen Blättern ausgerüsteten Vorrichtungen verbraucht und die von einfacherem Aufbau ist und leichter aufzubauen ist als die auf den technischen Ideen des Standes der Technik beruhenden Vorrichtungen.

Es wurde auch gefunden, daß diese verbesserte Vorrichtung vorteilhafterweise aufgebaut werden kann, indem lediglich die flachen Rührblätter der üblichen Vorrichtungen mit den vorstehenden einzigartigen kammartigen flachen Blättern gemäß der Erfindung ersetzt werden.

Eine Erläuterung für den Mechanismus im einzelnen, wodurch die vorstehenden verbesserten Effekte bei Anwendung derartiger kaminartiger flacher Blätter erhalten werden können, ist nicht vollständig klar, jedoch sind, wie sich durch die nachfolgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt, die verbesserten Effekte ganz herausragend. Auf Grund der vorstehenden Tatsache wird angenommen, daß in einem Reaktionssystem, worin eine alkylsubstituierte aromatische Verbindung in der flüssigen Phase mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas in einer niederen aliphatischen Carbonsäure als Lösungsmittel in Gegenwart eines Oxidationskatalysators unter Bildung der entsprechenden aromatischen Carbon-

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no

säure oxidiert wird, die Erhöhung des Kontaktbereiches zwischen dem Reaktionsgemisch und dem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas, die Erhöhung der Wirksamkeit der Zerstörung des Gas-Flüssigkeit-Kontaktiergrenzfilmes, der Aufrechterhaltung der Reaktionsfähigkeit der Gas-Flüssigkeit-Kontaktieroberfläche und des einheitlichen Auftretens derselben innerhalb des Reaktionsgemisches wichtige Faktoren zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile und Störungen sind. Im Rahmen der Erfindung wird angenommen, daß bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung diese Faktoren in günstiger Weise erfüllt werden und ein glatter, ausgezeichneter und stetiger Ablauf der Reaktion sichergestellt werden kann und die gewünschte aromatische Carbonsäure von hoher Qualität ohne Anwendung scharfer Oxidationsreaktionsbedingungen gebildet werden kann. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die vorstehende theoretische Erörterung des Mechanismus im Rahmen der Erfindung begrenzt ist.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in einer Vorrichtung für die katalytische Flüssigphasenoxidation von alkylsubstituierten aromatischen Verbindungen innerhalb eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases, wodurch die vorstehenden verbesserten Ergebnisse erreicht werden können.

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Zur Vereinfachung der Erläuterung wird die Erfindung im einzelnen nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, worin

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ΛΛ

Fig. 1 einen schematischen senkrechten Schnitt eines Beispiels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie A-A¹ der Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht eines Beispiels eines Rührblattes in der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine Aufsicht eines weiteren Beispiels eines Rührblattes in der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt eines Beispiels einer vorstehend abgehandelten üblichen Vorrichtung und

Fig. 6 einen schematischen Schnitt, wobei der Oberteil weggebrochen ist, eines weiteren Beispieles einer der vorstehend abgehandelten üblichen Vorrichtungen

zeigen.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Reaktionsgefäß, 2 einen Einlaß zur Zuführung des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases, 3 einen Einlaß zur Zuführung einer alkylsubstituierten aromatischen Verbindung als Ausgangsmaterial, 4 eine entlang der senkrechten Achse X des Reaktionsgefäßes angebrachte Drehwelle, 5, 6 und 7 kammartige flache Blätter, die jeweils aus einer Mehrzahl von kammzahnartigen Stücken, die in Abständen angeordnet sind, bestehen, 8 ein übliches flaches Rührblatt, 9 eine Prallplatte, 10 einen Auslaß zum Abziehen des Oxidationsreaktionsproduktes und 11 die Gasablaßöffnung.

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Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung dient der Materialbeschickungseinlaß 3 auch als Einlaß zur Zuführung der niederen aliphatischen Carbonsäure als Lösungsmittel und des Oxidationskatalysators, und die Ausgangsverbindung in dem den Katalysator enthaltenden Lösungsmittel kann beispielsweise durch den Einlaß 3 eingeführt werden. Der Lösungsmlttelzufuhreinlaß und/oder der Katalysatorzufuhreinlaß können getrennt angebracht sein, beispielsweise an Stellen entsprechend etwa der Mitte der Flüssigkeit sschicht im Reaktor. Bei dieser Auführungsform ist der Materialbeschickungseinlaß 3 am Boden des Reaktorgefäßes angebracht, kann jedoch auch an anderen Teilen, beispielsweise an einer Stelle entsprechend etwa der Mitte der Flüssigkeitsschicht im Reaktor angebracht sein.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch einen Zurückführungseinlaß für die Zurückführung des durch Kondensation des Abgases aus der Abgasöffnung 11 erhaltenen Lösungsmittels zu dem Reaktionssystem, einen Kreislaufeinlaß zur Zurückführung des die Mutterlauge des aus dem Auslaß 10 des Reaktionssystems abgezogenen Produktes bildenden Lösungsmittels und einen Zufuhreinlaß zur Zurückführung eines Teiles des Abgases enthalten. Gewünschtenfalls können zwei oder mehr Einlasse an geeigneten Stellen angebracht sein, um das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas bzw. die alkylsubstituierte aromatische Ausgangsverbindung zuzuführen.

Diese Änderungen der Gestaltung lassen sich leicht von den Fachleuten bestimmen und liegen im Rahmen der Erfindung.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung gemäß der Erfindung das Reak-

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tionsgefäß 1, die Gasablaßöffnung 11 am Oberteil des Gefäßes 1, den Zufuhreinlaß 2 für das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas am Boden des Gefäßes 1, den Ausgangsmaterialbeschickungseinlaß 3 am Boden des Gefäßes I₁ welcher gleichzeitig als Einlaß zur Zuführung des Lösungsmittels und als Einlaß zur Zuführung des Oxidationskatalysators dient, den Auslaß 10 zum Abziehen des Oxidationsreaktionsproduktes, wobei in dieser Ausführungsform der Auslaß 10 an einer Stelle entsprechend dem oberen Teil der Flüssigkeitsschicht innerhalb des Gefäßes 1 angebracht ist, jedoch ein oder mehrere derartige Auslässe an Stellungen entsprechend der Mitte oder den Bodenteilen, wie beispielsweise in Fig. 1 durch punktierte Linien angedeutet, der Flüssigkeitsschicht im Reaktorgefäß 1 vorhanden sein können, und einem Rührwerk innerhalb des Gefäßes, wobei das Rührwerk aus einer entlang der Axialrichtung des Gefäßes angebrachten Drehwelle und einer Mehrzahl von Stufen von Rührblättern, die an der Drehwelle in Abständen angebracht sind, besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine Stufe, bei dieser Ausführungsform drei von vier Stufen, aus kammartigen flachen Blättern besteht, von denen jedes aus einer Mehrzahl von kanunzahnartigen Stücken, die in Abständen voneinander angeordnet sind, aufgebaut ist.

Beispiele der kammartigen flachen Rührblätter sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Beispielsweise sind in jedem kammartigen flachen Blatt 7 eine Mehrzahl (5 bei dieser Ausführungsform) von kanunzahnartigen Stücken 7b an einem stabartigen Arm 7a, der an der Drehwelle 4 befestigt ist, wobei die Befestigungsstelle weggelassen ist, in Abständen 7c (4 Abstände bei dieser Ausführungsform) angebracht. Somit bilden insgesamt diese Stücke 7b ein kammartiges flaches Blatt. Bei der weiteren in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist eine Mehrzahl (9 bei dieser

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Ausführungsform) von kammzahnartigen Stücken 7b an einem T-förmigen Arm 7a, der an der Drehwelle 4 befestigt ist, wobei der Befestigungsteil weggelassen ist, in Abständen 7c (8 Abstände in diesem Fall) zur Bildung des kammartigen flachen Blattes insgesamt befestigt. In diesen Beispielen ist die Breite jedes kammartigen Stückes etwa gleich zum Abstand 7c, jedoch kann gewünschtenfalls die Breite jedes kammzahnartigen Stückes und/oder jeder Abstand in geeigneter Weise geändert werden. Ferner ist in diesen Beispielen jedes kammartige Stück in Form eines Bandes vorhanden; jedoch kann dessen Form auch zu anderen Formen geändert werden wie konkaven, konvexen oder einer Kombination hiervon. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Länge χ jedes kammartigen flachen Blattes in der Richtung der Drehwelle 4 vorzugsweise größer als dessen Länge w in der Richtung im rechten Winkel zur Richtung der Drehwelle 4, beispielsweise w/x = etwa 1/5 bis 1/1,5.

Vorzugsweise ist die Anzahl der in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Blattstufen 2 oder mehr, vorzugsweise 2 bis 8. Vier Stufen werden am stärksten bevorzugt. Die Anzahl der kammartigen Stücke in jedem Blatt ist vorzugsweise 2 bis 8, am günstigsten 4 bis 6. Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind sechs Rührblätter 6 angebracht, wie aus Fig. 2 ersichtlich.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung können sämtliche Rührblätter kammartige flache Blätter sein,wie sie vorstehend abgehandelt wurden. Es ist jedoch auch möglich, derartige Rührblätter mit üblichen flachen Blättern zu kombinieren. Insbesondere wird bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform die alkylsubstituierte aromatische Ausgangsverbindung vom Boden des Reaktionsgefäßes eingeführt und das Oxidationsreaktionsprodukt wird

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vom Auslaß an einer Stelle entsprechend dem Oberteil der Flüssigkeitsschicht im Reaktionsgefäß abgezogen. Deswegen sind die untersten Rührblätter 8 vorzugsweise übliche flache Blätter 8. Diese Ausführungsform wird bevorzugt, da die Wirkung des Einblasens des Reaktionsgemisches nach aufwärts in dem Reaktionsgefäß durch das Rühren verstärkt wird und infolgedessen die Sedimentation des Oxidationsproduktes zum Boden des Reaktionsgefäßes verhindert werden kann. Es ist auch möglich, eine Mehrzahl von Blättern in mindestens einer Stufe sowohl aus üblichen flachen Blättern als auch kammartigen flachen Blättern gemäß der Erfindung aufzubauen.

Falls eine Abscheidung des Reaktionsgemisches an dessen Oberfläche erfolgt und an der inneren Oberfläche des Reaktors anhaftet, kann Terephthalsäure ausfallen und hierauf wachsen. Dieser Niederschlag fällt bisweilen in das Reaktionsgemisch und übt abrupt eine große Belastung auf die Rührkraftquelle aus oder verstopft den Auslaß des Abzuges für das Reaktionsprodukt. Um diese Störung zu vermeiden, kann die oberste Stufe aus üblichen flachen Blättern gefertigt sein. Falls keine derartige Gefahr besteht, wird es bevorzugt, die kammartigen flachen Blätter in sämtlichen Stufen einzusetzen.

Die Rühreignung der kammartigen flachen Blätter, die in der Vorrichtung gemäß der Erfindung eingesetzt werden, wird verringert, wenn deren wirksamer Rührbereich unzweckmäßig klein wird. Deshalb ist in den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Beispielen die Breite des kammzahnartigen Stückes 7b vorzugsweise größer als der Abstand 7c. Die Anzahl der Stücke 7b in jedem Blatt beträgt üblicherweise 3 bis 10, vorzugsweise etwa 3 bis 6. Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Formen der Stücke 7b können in gewünschter Weise geändert werden und ebenso kann auch die Form des

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Abstandes 7c variieren. Somit läßt sich bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung der geeignete wirksame Bereich des Rührens in günstiger Weise durch die Mehrzahl des Gesamtbereiches P einer Vielzahl von kammzahnartigen Stücken in einem kammartigen flachen Blatt (beispielsweise Gesamtbereich der Stücke 7b in den Fig. 3 und 4) zu dem Gesamtbereich (Q) der kammzahnartigen Abstände in dem Blatt (beispielsweise Gesamtbereich der Abstände 7c in den Fig. 3 und 4), betrachtet in flacher Ebene, zeigen. In der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist der Gesamtbereich P der Stücke 7b vorzugsweise das 0,83- bis etwa 3-fache, stärker bevorzugt etwa 1- bis etwa 2-fache, des Gesamtbereiches Q der Abstände 7c, betrachtet auf flacher Ebene.

Der maximale Durchmesser (d in der Fig.l) eines sich auf Grund der Drehung des kammartigen flachen Blattes ergebenden Kreises beträgt vorzugsweise das etwa 0,3- bis etwa 0,7-fache, stärker bevorzugt etwa 0,3- bis etwa 0,5-fache, des Innendurchmessers (D in Fig.l) des Reaktionsgefäßes. Falls ein übliches flaches Blatt wie die Blätter in der in Fig. 1 gezeigten untersten Stufe, verwendet wird, beträgt der maximale Durchmesser (d¹ in Fig. 1) des sich aus der Drehung des flachen Blattes ergebenden Kreises vorzugsweise das etwa 0,3- bis etwa 0,7-fache, stärker bevorzugt etwa 0,35- bis etwa 0,6-fache, des Innendurchmessers (D in Fig. 1) des Reäktionsgefaßes. In diesem Fall sind die durch y und ζ in der Fig. 1 angegebenen Längen vorzugsweise so, daß y/z im Bereich von etwa 1/2 bis etwa 2/1 liegt.

Der Abstand (L hinsichtlich der Blätter 7 und 8 in Fig. 1) zwischen benachbarten Stufen von Blättern (zwischen den Blattstufen 5 und 6, zwischen den Blattstufen 6 und 7 und zwischen den Blattstufen 7 und 8) beträgt

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vorzugsweise das etwa 0,6- bis etwa 2-fache, stärker bevorzugt etwa 1- bis etwa 1,5-fache, des maximalen

Durchmessers (in Fig. 1 d oder d¹, falls d = d', —^

eines sich auf Grund der Drehung des Blattes ergebenden Kreises.

In jeder Blättereinheit können die Blattoberflächen parallel zur Richtung der Drehwelle sein oder können in einer Richtung quer zur Richtung der Drehwelle geneigt sein. Im letzeren Fall sind vorzugsweise die Oberflächen sämtlicher Blätter in jeder Stufe in der gleichen Richtung geneigt und der Neigungswinkel zwischen der Blattoberfläche und der Drehwelle beträgt vorzugsweise weniger als etwa 30 . Bei der Ausführungsform der Fig. 1, worin die Blätter 8 in der untersten Stufe übliche flache Blätter sind, können diese Blätter einen Neigungswinkel bis zu etwa 45° besitzen.

Vorzugsweise sind die vorstehend abgehandelten Blätter so gestaltet, daß die Rührkraft 1 bis 7 kW je m des Reaktionsgemisches unter Ausschluß irgendwelcher gasförmiger Komponenten, wird.

Bandartige Prallplatten können entlang der Innenwand des Reaktionsgefäßes in einer Richtung nahezu parallel zur senkrechten Achsenrichtung des Reaktionsgefäßes an Stellungen an der Innenwand des Gefäßes oder im Abstand hiervon durch einen Spielraum 9' (siehe Fig. 1 und 2) und entfernt von dem Umfang des auf Grund der Drehung der Rührblätter erhaltenen Kreises angebracht sein. Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausfuhrungsform sind vier Prallplatten angebracht, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Die Anzahl derartiger Prallplatten beträgt vorzugsweise etwa 2 bis etwa 6. Die Anbringung derartiger Prallplatten ist vorteilhaft, um eine gute Vermischung zwischen den oberen

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und unteren Teilen des Reaktionsgemisches zu erhalten und der vorhandene Spielraum 9' dient zur Verhinderung der Abscheidung des Oxidationsreaktionsproduktes.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wurde zur Herstellung von aromatischen Dicarbonsäuren durch Oxidation von alkylsubstituierten aromatischen Verbindungen in der flüssigen Phase mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas in einer niederen aliphatischen Carbonsäure als Lösungsmittel in Gegenwart eines Oxidationskatalysators entwickelt. Diese spezielle Umsetzung ist gut bekannt und die vorstehend aufgeführten hervorragenden Ergebnisse können erzielt werden, indem die bekannte Umsetzung in der Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgeführt wird.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung im einzelnen.

Der 4-Carboxybenzaldehydgehalt (abgekürzt 4-CBA) der erhaltenen Terephthalsäure wurde durch Polarographie gemessen.

Die Lichtdurchlässigkeit (%) der Terephthalsäure war diejenige einer wässrigen 2 n-Kaliumhydroxidlösung mit einem Gehalt von 10 Gew.-% der Terephthalsäure, die bei 340 m/u gemessen wurde.

Die Rührkraft oder die zum Rühren erforderliche Kraft wurde durch Bestimmung der Eingabe mittels eines Wattmeters und Berechnung der Kraft, die praktisch für jedes Stufenvolumen des Reaktionsgemisches ausschließlich irgend welcher Gaskomponenten berechnet wurde, nachdem die Wirksamkeit des Motors und der Kraftverlust in Betracht gezogen wurde, ermittelt.

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Die durch Oxidation verbrauchte Menge an Essigsäure als Lösungsmittel wurde aus den Konzentrationen von Sauerstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid im Abgas errechnet.

Beispiel 1

Eine Vorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art wurde verwendet, wobei die Impeller in den ersten, zweiten und dritten Stufen kammartige flache Blätter (d/D = 0,4, L/() = 1,2, w/x = 0,43, P = 1,5 Q) und die Impeller in der untersten Stufe übliche flache Blätter (y/z = 0,82) waren.

Ein mit Titan ausgekleideter Reaktor 1 (Inhalt 0,63 m ) wurde mit 420 kg Essigsäure, 30 kg Wasser, 3 350 g Kobaltacetat, 16,5 g Manganacetat und 1 400 g Tetrabromäthan durch den Beschickungseinlaß 3 beschickt. Dann wurde der Reaktor bei einer Temperatur von 180⁰C und einem Druck von 10 kg/cm gehalten und ein Gemisch aus 110 kg/Std p-Xylol, 420 kg/Std Essigsäure, 30 kg/Std Wasser, 3 350 g/Std Kobaltacetat, 16,5 g/Std Manganacetat und 1 400 g/Std Tetrabromäthan wurden kontinuierlich in den Reaktor durch den Beschickungseinlaß 3 eingeführt. Dabei wurde Luft kontinuierlich in den Reaktor durch den Beschickungseinlaß 2 in einer Menge von etwa 4,9 nm /kg p-Xylol so eingeführt, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas 7 % betrug, so daß das p-Xylol kontinuierlich oxidiert wurde. Das Reaktionsproduktgemisch wurde aus dem Auslaß 10 so abgezogen, daß die Verweilzeit des Reaktionsgemisches 1 Std be trug. Der Feststoff wurde durch ein Feststoff-Flüssigkeit-Trennverfahren abgetrennt und gründlich mit Essigsäure gewaschen.

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Die erhaltene Terephthalsäure hatte eine Lichtdurchlässigkeit von 74 % und einen 4-CBA-Gehalt von 700 ppm und die zum Rühren erforderliche Kraft betrug 1,6 kW/m³.

Vergleichsbeispiel 1

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch übliche Flachblätter (w/x = 0,26) auch in der ersten, zweiten und dritten Stufe eingesetzt wurden. Die Sauerstoffkonzentration im Abgas betrug 7 %. Die erforderliche Rührkraft,um eine Terephthalsäure mit einer Lichtdurchlässigkeit von 74 % und einem 4-CBA-Gehalt von 700 ppm zu erhalten, wurde gemessen.

Vergleichsbeispiel 2

Das Verfahren nach Vergleichsbeispiel 1 wurde wiederholt, indem ein Rührwerk mit drei Stufen flacher Blätter (d'/D = 0,4, L/() = 1,2, w/x = 0,75) als weiteres Beispiel eines üblichen Rührwerks verwendet wurde.

Die Ergebnisse von Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 sind in Tabelle I aufgeführt. Die durch Zersetzung verlustig gegangene Menge an Essigsäure ist gleichfalls angegeben.

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	Tabelle	I	Betrag des Essig säure verlustes C)	Kraft ver brauch (kW/m³)
			0,68	1,6
	Art der Blätter	02-Kon- zentra- tion im Abgas Zn/ \ \/0 )	0,83	1,8
Beisp.1	Drei Stufen kamm artiger flacher Blätter und eine Stufe flacher Blätter	7	1,0	1,8
Ver- gleichs- beisp.1	Vier Stufen flacher Blätter	7
Ver- gleichs- beisp.2	Drei Stufen flacher Blätter	7

(*) Verhältnis, bezogen auf die Menge im Vergleichsbeispiel 2, die zu 1,0 angenommen wurde.

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ORIGINAL !N3r-i£CTtO

Claims

23Q5805

Patentansprüche

I)/ Vorrichtung zur Oxidation einer alkylsubstituierten aromatischen Verbindung in der flüssigen Phase mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas in einer niederen aliphatischen Carbonsäure als Lösungsmittel in Gegenwart eines Oxidationskatalysators, wobei die Vorrichtung ein Reaktionsgefäß, eine Abgasöffnung am Oberteil des Gefäßes, einen Einlaß am Bodenteil des Gefäßes zur Zuführung des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases, einen Einlaß zur Zuführung des Lösungsmittels, einen Einlaß zur Zuführung des Katalysators, einen Einlaß zur Zuführung der alkylsubstituierten aromatischen Verbindung, einen Auslaß zur Abnahme des Oxidationsreaktionsproduktes und ein Rührwerk innerhalb des Gefäßes enthält, wobei das Rührwerk aus einer entlang der Axialrichtung des Gefäßes angebrachten Rührwelle und einer Mehrzahl von Stufen von Rührblättern, die an der Rührwelle in Abständen angebracht sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Stufe die Rührblätter aus kammartigen flachen Blättern bestehen, von denen jedes aus einer Mehrzahl von kammzahnartigen Stücken, die in Abständen angeordnet sind, aufgebaut ist.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der kammzahnartigen Stücke 3 bis 10 je Blatt beträgt.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der kammartigen flachen Blätter 2 bis 8 je Stufe beträgt.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Stufen der Rührblätter 2 bis 8 beträgt.

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ORIGINAL INSPECTED

-ar- 29Q5805
5) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste Stufe aus flachen Blättern ohne kammartigen Aufbau besteht.
6) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Durchmesser des sich aus der Drehung jedes Rührblattes ergebenden Kreises das etwa 0,3- bis etwa 0,7-fache des Innendurchmessers des Reaktionsgefäßes beträgt.
7) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Durchmesser des sich auf Grund der Drehung jedes flachen Blattes ergebenden Kreises das etwa 0,3- bis etwa 0,7-fache des Innendurchmessers des Reaktionsgefäßes beträgt.
8) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Mehrzahl der kammzahnartigen Stücke das etwa 0,83- bis etwa 3-fache der gesamten Fläche der Abstände zwischen den zahnartigen Stücken in jedem kammartigen flachen Blatt, betrachtet in flacher Ebene, beträgt.
9) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Rührblattstufen das etwa 0,6- bis etwa 2-fache des maximalen Durchmessers des sich auf Grund der Drehung der Rührblätter ergebenden Kreises beträgt.
10) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 6 Prallplatten entlang der Innenwand des Reaktionsgefäßes nahezu parallel zur senkrechten Axialrichtung des Gefäßes in Stellungen an oder im Abstand von der Innenwand und entfernt vom Umfang des sich auf Grund der Drehung der Rührblätter ergebenden Kreises angebracht sind.

909833/0846