DE3120749A1 - Kontinuierliches verfahren zur entwaesserung der maleinsaeure und vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents
Kontinuierliches verfahren zur entwaesserung der maleinsaeure und vorrichtung zu seiner durchfuehrungInfo
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- C07C51/54—Preparation of carboxylic acid anhydrides
- C07C51/56—Preparation of carboxylic acid anhydrides from organic acids, their salts, their esters or their halides, e.g. by carboxylation
Description
SOCIETE CHIMIQUE DES CHARBONNAGES 92o8o Paris la Defense
Frankreich
Kontinuierliches Verfahren zur Entwässerung der Maleinsäure und Vorrichtung zu seiner Durchführung
Die Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren zur Entwässerung der Maleinsäure zu Maleinsäureanhydrid
und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung,
Die Synthese des Maleinsäureanhydrids durch Oxidation des Benzols oder der Kohlenwasserstoffe mit
C4 (Butan, Butene, Butadien oder vom Kracken von Erdölchargen mit Dampf stammende C4-Schnitte) führt
zu einem Produkt, das Verunreinigungen enthält, die man entfernen muß. Eines der bekanntesten Entfernungsverfahren
besteht darin, das Oxidationsprodukt mit Wasser zu waschen, um es wenigstens teilweise in Maleinsäure
umzuwandeln, und dann die erhaltene Lösung zu Maleinsäureanhydrid zu entwässern.
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So beschreibt die FR-PS 2 062 821 die Entwässerung der Maleinsäure zu Maleinsäureanhydrid in zwei Stufen,
die einerseits aus der Konzentration einer Maleinsäurelösung mit einem Gehalt von 30 bis 50 Gew. % bis mehr
als 90 % in wenigstens einem Dünnschichtverdampfer und andererseits im Entwässern der konzentrierten Maleinsäurelösung
zu Maleinsäureanhydrid unter gleichzeitiger Entfernung der vorhandenen Verunreinigungen, im
wesentlichen Fumarsäure, bestehen.
Nach den FR-PS 1 524 319 und 2 242 388 verwendet man Gegenstrom-Dünnschichtverdampfer. Tatsächlich werden
sie an ihrem seitlichen Teil gespeist, und die beiden Auslaßleitungen liegen einerseits an ihrem oberen
Teil und andererseits an ihrem unteren Teil.
Die Verwendung von im Gegenstrom arbeitenden Dünnschichtverdampfern
führt zu Schwierigkeiten, die sich aus ihrer mechanischen Kompliziertheit ergeben. Die
Anwesenheit eines Rotors in Bewegung ruft ungünstige Schwingungen hervor, erfordert einen zusätzlichen Energieverbrauch
und macht die Verwendung von Schmieröl und von Flüssigkeit zur Kühlung der Flügel erforderlich.
Schließlich führt eine einfache Motorstörung oder ein Festfressen des Rotors zur Stillegung der gesamten
Anlage. Außerdem sind diese Vorrichtungen durch ihre mechanischen Beschränkungen in ihrer Verdampfungsoberfläche
und in ihrem Wärmeaustauschkoeffizient begrenzt, wodurch folglich die Produktionskapazität der Anlage
eingeschränkt wird.
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Andererseits beschreibt die GB-PS 737 391 die Konzentration und die Entwässerung einer Maleinsäurelösung
in einer Gruppe von drei im Gleichstrom arbeitenden und in Reihe montierten horizontalen Einrohrverdampfern,
Schließlich beschreibt der Aufsatz "Verdampfung" in "Chemical Engineering", Bd. 60,
April 1953, Seiten 227-230 im Gleichstrom arbeitende und lange vertikale Rohre aufweisende Verdampfer
mit Fallschicht.
Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß es bei einem Verfahren zur umwandlung der Maleinsäure in
Maleinsäureanhydrid mit einer Konzentrationsstufe und einer Entwässerungsstufe vorzuziehen ist, im Gleichstrom
arbeitende statische rohrförmige Dünnschichtverdampfer zu verwenden, wobei die flüssige Phase
über die Wand des Verdampfers verteilt wird und die
Gasphase axial konzentriert wird.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes kontinuierliches Verfahren zur Entwässerung
der Maleinsäure zu Maleinsäureanhydrid und eine dazu geeignete Vorrichtung zu entwickeln.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein kontinuierliches Verfahren
zur Entwässerung der Maleinsäure zu Maleinsäureanhydrid, das eine erste Stufe zur Konzentration einer wässerigen
Maleinsäurelösung und eine zweite Stufe zur Entwässerung der konzentrierten Maleinsäure zu Maleinsäureanhydrid
umfaßt, wobei der in diese Entwässerungsstufe eingeführten konzentrierten Säure Maleinsäureanhydrid zugesetzt wird und jede der beiden Stufen durch
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Verdampfung in dünner Schicht durvhgeführt wird, mit dem Kennzeichen, daß die Verdampfung in dünner Schicht
in Flüssig-Dampf-Gleichströmen in wenigstens einem
rohrförmigen statischen Verdampfer erfolgt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden der in die zweite Stufe eingeführten konzentrierten Säure vorzugsweise
15 bis 35 Gewichtsteile Maleinsäureanhydrid je 10 Gewichtsteile konzentrierter Säure zugesetzt.
Die Konzentration der der ersten Konzentrationsstufe zu unterwerfenden wässerigen Maleinsäurelösung kann
irgendeine sein. Vorteilhaft wird sie nahe der Sättigungskonzentration bei der Aufbewahrungstemperatur der
Lösung sein. So verwendet man vorzugsweise Lösungen mit zwischen 30 und 50 Gew. % Maleinsäure, die bei
Temperaturen zwischen 15 und 40 0C gehalten werden.
Diese Lösung wird in einer ersten Stufe durch Verdampfung in einem statischen Dünnschicht-Gleichstrom-Rohr-,
vorzugsweise/-Vielrohr-, -Verdampfer bei
einer Temperatur zwischen 120 und 140 0C, vorzugsweise
bei auf einen Wert zwischen 267 und 667 mbar verringertem Druck und mit einer Verweilszeit zwischen
1 und 60 s konzentriert, wobei|diese Bedingungen derart sind, daß die in dem mit dem Verdampfer verbundenen
Separator erfaßte konzentrierte Lösung eine Maleinsäurekonzentration zwischen 85 und 98 % hat. Man
stellte tatsächlich fest, daß eine Konzentration über 95 % von der Bildung einer nicht vernachlässigbaren
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Menge an Fumarsäure begleitet wurde.
Die vom Konzentrationsverdampfer kommende konzentrierte
Lösung wird dann in einem Separator erfaßt, von wo der Wasserdampf durch das obere Ende ausgelassen
wird. Ein Wäscher ermöglicht die Erfassung einer
die
verdünnten, geringen,vom Wasserdampf mitgerissene* Maleinsäuremengen enthaltenden Lösung.
verdünnten, geringen,vom Wasserdampf mitgerissene* Maleinsäuremengen enthaltenden Lösung.
Die am Boden des Separators erfaßte konzentrierte Maleinsäurelösung wird anschließend der Entwässerungsstufe unterworfen, die ebenfalls in Flüssigkeits-Dampf-Gieichströmen
bei einer Temperatur zwischen 140 und 160 0C, bei einem auf einen Wert zwischen 200 und
333 mbar verringerten Druck und mit einer Verweilszeit zwischen 1 und 60 s durchgeführt wird.
Das von der Entwässerungsstufe kommende Produkt wird dann in einem Kocher gesammelt. In diesem Kocher
wird das Produkt bei einer Temperatur zwischen 140 und 160 0C gehalten; man trennt eine geringe Menge
Nebenprodukt, das Anhydrid und das durch Entwässerung gebildete, an seinem oberen Teil destillierende Wasser.
Diese gegebenenfalls zwischen etwa 160 und 170 C überhitzten Dämpfe werden in einem ersten Kondensator
kondensiert, wo das Maleinsäureanhydridprodukt erfaßt wird. Die aus diesem Kondensator austretenden Dämpfe
gelangen anschließend in wenigstens einen zweiten Kondensator, wo sie kondensieren und Rohanhydrid
ergeben, das mit der konzentrierten Säure in die Ent-
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Wässerungsstufe rückgeführt wird. Die aus dem letzten Kondensator austretende Gasphase wird gewaschen, und
das Waschprodukt wird mit dem in dem mit dem Separator verbundenen Wäscher erfaßten vereint.
Dadurch, daß man einen Anhydridrückführgrad von 15 bis 35 Gewichtsteilen je 10 Gewichtsteile Säure
einhält, begrenzt man durch Regulierung der Arbeitsbedingungen des ersten Kondensators freiwillig die
Produktion auf 10 Teile Maleinsäureanhydridprodukt für 3 bis 33 Teile rückgeführten Rohanhydrids. Zum
gleichen Zweck kann man dem der Entwässerung unterworfenen Gemisch einen Zusatz von gelagertem Anhydrid,
das von der teilweisen Kondensation des Produkts der Oxidation stammt, in einer Menge bis zu
1 Gewichtsteil je 1 Gewichtsteil Anhydridprodukt beigeben .
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber
einem die Gegenstromtechnik anwendenden Verfahren und insbesondere gegenüber einem dynamische
Verdampfer mit zentralem Rotor verwendenden Verfahren sind zahlreich.
Einerseits ermöglicht die mechanische Einfachheit des statischen Gleichstromverdampfers die Vermeidung
der nachteiligen Schwingungen, des zusätzlichen Energieverbrauchs, der Verwendung von Schmieröl und Kühlflüssigkeit
sowie der Gefahr einer Motorstörung oder eines Festfressens des Rotors, was zur Stillsetzung der
gesamten Anlage führt. Außerdem ergibt sich ein geringeres
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Mitreißen von Maleinsäure am Ausgang des mit dem Entwässerungsverdampfer
verbundenen Kochers, wogegen die Verwendung eines Gegenstromverdampfers das Mitreißen
nichtentwässerter Maleinsäure begünstigt. Außerdem ist die bei einem statischen Gleichstromverdampfer benötigte
Austauschfläche für analoge Betriebsbedingungen um 30 % geringer als die eines dynamischen Gegenstromverdampfers.
Andererseits ist der Volumendurchsatz je befeuchteten ümfangsmeter für einen Gleichstromverdampfer
etwa der doppelte. Schließlich ist die Kapazität eines solchen Verdampfers etwa die
1,3- bis 1,4-fache derjenigen eines dynamischen Gegens tromverdampfers.
Die Verwendung von statischen rohrförmigen Gleichstromverdampfer
η führt so zu einer besseren Ausnutzung der Heizfluide.
Außerdem ist die Austauschfläche eines dynamischen Gegenstromverdampfers durch die Konstruktion begrenzt,
und man findet auf dem Markt dieser Vorrichtungen nur Vorrichtungen wohl definierter Abmessungen, wobei
der übergang von einer zur anderen diskontinuierlich ist. Im Gegensatz dazu ist im Fall eines statischen Gleichstromverdampfers
jede gewünschte Abmessung herstellbar, und man kann als Funktion der für die Anlage gewünschten
Kapazität die Abmessungen dieser Verdampfer ganz genau berechnen. Unter Berücksichtigung der Höhe der Zahl,
der Länge und des Durchmessers der Rohre kann man so Vorrichtungen erheblicher Abmessungen berechnen, die
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sich in die einheitlichen Anlagen sehr hoher Kapazitäten einfügen lassen.
Auf solchen Verdampfern basierende Anlagen sind viel weniger kostspielig als solche auf dynamischen
Gegenstromverdampfern basierende. Die erreichten Einsparungen
betreffen die Verdampfer selbst, die zu ihrer Montage erforderliche Tragkonstruktion und ihre
Unterhaltung.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
mit wenigstens zwei in Reihe angeordneten Dünnschichtverdampfern, mit dem Kennzeichen,daß der erste Dünnschichtverdampfer
vom statischen Rohrtyp ist und eine Zuführungsleitung an seinem oberen Teil sowie eine
Auslaßleitung an seinem unteren Teil aufweist, ein Separator an -seiner Seitenwand mit der Auslaßleitung
des ersten Verdampfers verbunden ist und eine erste Auslaßleitung an seinem oberen Teil und eine zweite
Auslaßleitung an seinem unteren Teil aufweist und der zweite Dünnschichtverdampfer vom statischen Rohrtygr.
ist, mit der zweiten Auslaßleitung des Separators verbunden ist und eine Auslaßleitung an seinem unteren
Teil aufweist.
Nach einer Variante der Erfindung ist die Vorrichtung außerdem dadurch gekennzeichnet, daß ein Kocher
mit dem unteren Teil des zweiten Verdampfers verbunden ist und eine erste Auslaßleitung an seinem unteren Teil
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sowie eine
zweite Auslaßleitung an seinem oberen Teil aufweist, wenigstens zwei in Reihe angeordnete und je eine Leitung
zum Auslaß der Kondensate aufweisende Kondensatoren einerseits mit der zweiten Auslaßleitung des
Kochers und andererseits mit einem Wäscher verbunden sind und eine Rücklaufleitung die Auslaßleitung der
Kondensate des zweiten Kondensators bis zur zweiten Auslaßleitung des Separators verlängert.
In dieser Variante kann der Kocher entweder mit dem zweiten Verdampfer durch eine Leitung verbunden
sein oder mit ihm nur eine einzige Einrichtung bilden.
Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 9 und 10 gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Ein erster statischer rohrförmiger
Verdampfer 1 weist einerseits eine Zuführungsleitung 2 an seinem oberen Teil, die ihrerseits mit
einem nicht dargestellten,, die zu konzentrierende und zu entwässernde Maleinsäurelösung enthaltenden Behälter
verbunden ist, und andererseits eine Auslaßleitung 3 an seinem unteren Teil auf. Ein an seiner Seitenwand mit
der Auslaßleitung 3 verbundener Separator 4 weist eine Auslaßleitung 5 für Dämpfe an seinem oberen Teil und
eine Auslaßleitung 6 für die Flüssigkeit an seinem unteren Teil auf. Ein zweiter statischer rohrförmiger
Verdampfer 7 weist an seinem oberen Teil eine mit der Auslaßleitung 6 verbundene Zuführungsleitung 8 auf und ist
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mit einem Kocher 9 verbunden, der einerseits eine Auslaßleitung 10 an seinem oberen Teil und andererseits
eine Auslaßleitung 11 an seinem unteren Teil aufweist. Zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren
und 13 sind einerseits mit dem Kocher 9 durch die Leitung 10 und andererseits mit einem Wäscher 14
durch eine Leitung 15 verbunden. Jeder weist eine Leitung 16 bzw. 17 zum Auslaß der Kondensate auf.
Ein Wäscher 18 ist durch die Leitung 5 mit dem Separator 4 verbunden. Leitungen 19 und 20 zur Evakuierung
der Vorrichtung sind mit den Wäschern 14 bzw. 18 verbunden. An der Leitung 17 ist ein Vorwärmer 22
angebracht, und außerdem ist mit der Leitung 17 eine Leitung 21 verbunden, die zu einem Maleinsäureanhydridspeicher
führt. Ein punktiert dargestellter Vorwärmer 23 kann in die Leitung 10 eingefügt sein.
Jeder rohrförmige Verdampfer oder - im Fall eines Vielrohrverdampfers - jedes Rohr jedes Verdampfers
ist vorzugsweise mit einem Flüssigkeitsverteiler ausgerüstet, der eine gleichmäßige Befeuchtung der Innenwand
des Rohres sichert. Vorteilhaft besteht dieser Verteiler aus einem Metall zylinder, der im oberen Teil des
Rohres angeordnet und darauf gehalten ist und dessen Durchmesser geringer als der Innendurchmesser des
Rohres ist und der äußerlich mit einer oder mehreren wendeiförmigen Windungen versehen ist.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist außerdem in der Figur nicht dargestellte Zuführungsleitungen
für übliche Medien (Wasser, Dampf, Wärmefluid) auf.
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Das folgende Beispiel dient zum besseren Verständnis
der Erfindung.
Die kontinuierliche Entwässerung der Maleinsäure zu Maleinsäureanhydrid wird in einer der in der Figur
dargestellten gleichen Anlage durchgeführt.
Die beiden Verdampfer weisen je drei Rohre auf,
wobei die gesamte Austauschfläche jedes Verdampfers
2
1,6 m ist.
1,6 m ist.
Eine Maleinsäurelösung mit 43 Gew. % der Säure, die auf einer Temperatur von 60 0C gehalten ist,wird
mittels der Leitung 2 in den .. Konzentrations-Verdampfer
eingeführt. Sie wird bis auf eine Temperatur von 120 0C und bei einem Druck von 533 mbar und einem Durchsatz
von 324,6 kg/h erhitzt.
Das aus diesem Verdampfer austretende Produkt wird durch die Leitung 3 in den Separator 4 geleitet.
Die (auf 90 Gew. %) konzentrierte Meleinsäure strömt durch die Leitung 6. Man setzt ihr dann 250,4 kg/h
eines Ma-leinsäureanhydrid-Maleinsäure-Gemisches mit
97,4 % Anhydrid, das vom Kondensator 13 durch die Leitung 17 kommt, und 111,8 kg/h Maleinsäureanhydrid
mit einer Reinheit von 97,8 % zu, das von einem Speicher durch die Leitung 21 kommt.
.130066/0786
Das so aus 71,4 Gew. % Maleinsäureanhydrid, 25,9 Gew. % Maleinsäure und 2,7 Gew. % Wasser zusammengesetzte
Produkt wird durch die Leitung 8 in den Entwässerungs-Verdampfer 7 eingeführt und bei einem
auf 267 mbar verringerten Druck auf eine Temperatur von 145 0C gebracht.
Nach Entwässerung im Verdampfer 7 wird das Produkt im Kocher 9 erfaßt, wo es auf einer Temperatur von
150 0C gehalten wird. Die Rückstände werden durch die Leitung 11 mit einem Durchsatz von 10,7 kg/h
abgezogen, und die Anhydrid- und Säuredämpfe- entweichen durch die Leitung 10. Im ersten Kondensator 12 erfaßt
man das Maleinsäureanhydridprodukt mit einem Durchsatz von 196,7 kg/h. Dieses Anhydrid enthält 1 Gew. % Maleinsäure.
Sein Gehalt an Wasser und an Fumarsäure ist Null.
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Claims (10)
1.j Kontinuierliches Verfahren zur Entwässerung der Maleinsäure zu Maleinsäuranhydrid, das eine erste
Stufe zur Konzentration einer wässerigen Maleinsäurelösung und eine zweite Stufe zur Entwässerung
der konzentrierten Maleinsäure zu Maleinsäureanhydrid umfaßt, wobei der in diese Entwässerungsstufe eingeführten konzentrierten Säure Maleinsäureanhydrid
zugesetzt wird und jede der beiden Stufen durch Verdampfung in dünner Schicht durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdampfung in dünner Schicht in Flussig-Dampf-Gleichströmen
in wenigstens einem rohrförmigen statischen Verdampfer erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der in die zweite Stufe eingeführten konzentrierten Säure 15 bis 35 Gewichtsteile Maleinsäureanhydrid
je lO Gewichtsteile konzentrierter Säure zugesetzt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das von der Entwässerungsstufe stammende Produkt in einem mit
dem Entwässerungsverdampfer verbundenen Kocher
gesammelt wird.
721-(DR 4/263/Cas 5034)-TF
130066/0786
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet/
daß die wässerige Maleinsäurelösung in der ersten Konzentrationsstufe bis zu einem Maleinsäuregehalt
zwischen 85 und 95 Gew. % konzentriert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stufe der Konzentration der Maleinsäurelösung bei einer Temperatur zwischen 120 und 140 0C, bei einem
Druck zwischen 267 und 667 mbar und mit einer Verweilszeit zwischen 1 und 60 s durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stufe der Entwässerung der konzentrierten Maleinsäure bei einer Temperatur zwischen 140 und 160 0C,
bei einem Druck zwischen 200 und 333 mbar und mit einer Verweilszeit zwischen 1 und 60 s durchgeführt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, mit wenigstens zwei in Reihe angeordneten Dünnschichtverdampfern,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dünnschichtverdampfer (1) vom statischen Rohrtyp ist und eine Zuführungsleitung (2) an seinem
oberen Teil sowie eine Auslaßleitung (3) an seinem unteren Teil aufweist,
130066/0786
312074
ein Separator (4) an seiner Seitenwand mit der Auslaßleitung (3) des ersten Verdampfers (1) verbunden
ist und eine erste Auslaßleitung (5) an seinem oberen Teil sowie eine zweite Auslaßleitung (6) an seinem
unteren Teil aufweist und
der zweite Dünnschichtverdampfer (7) vom statischen Rohrtyp ist, mit der zweiten Auslaßleitung (6) des
Separators (4) verbunden ist und eine Auslaßleitung an seinem unteren Teil aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kocher (9) mit dem unteren Teil des zweiten Verdampfers (7) verbunden ist und eine erste
Auslaßleitung (11) an seinem unteren Teil sowie eine zweite Auslaßleitung (10) an seinem oberen Teil aufweist,
wenigstens zwei in Reihe angeordnete und je eine Leitung
(16, 17) zum Auslaß der Kondensats aufweisende Kondensatoren (12, 13) einerseits mit der zweiten
Auslaßleitung (10) des Kochers (9) und andererseits mit einem Wäscher (14) verbunden sind und eine
Rück laufleitung die Auslaßleitung (17) der Kondensate des zweiten Kondensators (13) . bis zur zweiten
Auslaßleitung (6) des Separators (4) verlängert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und/oder der zweite statische Rohrverdampfer (1, 7) vielrohrig ist bzw. sind.
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-A-
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Rohr jedes Verdampfers (1, 7) an seinem oberen Teil mit einem Flüssigkeitsverteiler versehen
ist, der.aus einem Metallzylinder besteht, der am oberen Teil des Rohres angeordnet und darauf
gehalten ist und dessen Durchmesser geringer als der Innendurchmesser des Rohres und äußerlich mit einer
oder mehreren wendeiförmigen Windungen versehen ist.
130066/0786
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