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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolierung von
Kristallen aus einer Aufschlämmung,
die im Verfahren zur Herstellung verschiedener organischer chemischer
Produkte verwendet wird, wie ein Verfahren zur Herstellung von Terephthalsäure durch
Flüssigphasen-Oxidation von para-Xylol.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Wenn
Terephthalsäure
durch Flüssigphasen-Oxidation
von para-Xylol hergestellt wird, kristallisiert die gebildete Terephthalsäure in der
Mutterlauge und es bildet sich eine Aufschlämmung, welche Kristalle aus
Terephthalsäure
enthält.
Rohe Terephthalsäure
wird durch Isolieren der Kristalle aus der Aufschlämmung erhalten.
Wenn die erhaltene rohe Terephthalsäure gelöst und durch Reinigungsbehandlungen
wie Oxidationsbehandlungen und Reduktionsbehandlungen gereinigt
wird, und die gereinigte Terephthalsäure kristallisiert wird, kann
eine Kristalle enthaltende Aufschlämmung erhalten werden (EP-A-0
406 424).
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In
beiden oben beschriebenen Behandlungen der Aufschlämmung wird
am häufigsten
ein Vakuumrotationsfilter (im folgenden als RVF bezeichnet), welcher
aufeinander folgende Filtration unter Absaugen, Waschen, Filtration
unter Absaugen und Ablösung
eines Kuchens in einem diskontinuierlichen Verfahren als Verfahren
zur Isolierung der Kristalle aus der Aufschlämmung verwendet.
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Beim
Betrieb des RVF werden Filtration unter Absaugen, Waschen, Filtration
unter Absaugen und Ablösung
des Kuchens schrittweise durchgeführt, während ein zylindrisches Filtermedium
rotiert. Ein kontinuierlicher Betrieb während einer langen Zeit ist
jedoch beim Betrieb eines RVF schwierig, da das Filtermedium während des
kontinuierlichen Betriebs verstopft.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorschlagen eines Verfahrens,
welches die kontinuierliche Isolierung von Kristallen während einer langen
Zeit ohne Verstopfen des Filtermediums ermöglicht, wenn die Kristalle
aus einer Aufschlämmung
unter Verwendung eines RVF isoliert werden.
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Als
Ergebnis intensiver Studien durch die Erfinder hinsichtlich RVF
mit dem obigen Problem wurde gefunden, dass die Ablösung eines
Kuchens durch Zufuhr eines Dampfs als Blasgas erleichtert werden
kann, der dieselbe Zusammensetzung hat wie die eines Lösungsmittels,
das für
den Schritt der Ablösung
des Kuchens im Ablösungsschritt
durch den RVF verwendet wird, und dass der Betrieb des RVF während einer
langen Zeit fortgesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung wurde
basierend auf diesem Wissen vervollständigt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Isolierung von Kristallen
aus einer Aufschlämmung
bereit, welches Zufuhr einer Kristalle und ein Lösungsmittel umfassenden Aufschlämmung in
einen Vakuumrotationsfilter und schrittweise kontinuierliche Durchführung der
Filtration unter Absaugen, Waschen, Filtration unter Absaugen und
Ablösung
eines Kuchens durch Rotation eines zylindrischen Filtermediums umfasst,
wobei ein Dampf mit derselben Zusammensetzung wie diejenige des
Lösungsmittels als
Blasgas zur Ablösung
des Kuchens zugeführt wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Schnitt des RVF. 2 zeigt ein Flussdiagramm, welches
ein Verfahren zur Isolierung von Kristallen als bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die
Zahlen in den Figuren haben die folgenden Bedeutungen: 1:
RVF (Vakuumrotationsfilter); 2: Gehäuse; 3: Filtermedium; 4:
Aufschlämmung; 5:
Filterbereich; 6: Filtrat; 7: Gas; 8:
Absaugbereich; 9: Kuchen; 10: Leitung für Waschflüssigkeit; 11:
Waschbereich; 12: Bereich zur Entfernung einer Flüssigkeit; 13:
Bereich zum Sammeln einer Flüssigkeit; 14:
Blasbereich; 15: Dichtungsbereich; 16: Ablösungsbereich; 17:
Leitung zur Zufuhr eines Blasgases; 18: Bereich zur Zufuhr
einer Aufschlämmung; 19: Überlaufwand; 20:
Bereich zum Zirkulieren einer Aufschlämmung; 21: Bereich
zur Entnahme eines Kuchens; 22: Tank für eine Aufschlämmung; 23:
Pumpe; 24: Pumpe; 25: Tank für Filtrat; 26: Pumpe; 27:
Kühler; 28:
Nebelabscheider; 29: Vakuumpumpe; 30: dicht verschlossene
Trennvorrichtung mit Flüssigkeit; 31:
Nebelabscheider; 32: Leitung zur Zufuhr des Dampfs eines
Lösungsmittels; 33:
Blende; 34: Blende; 35: Trockner; 36:
Auslass für
ein Produkt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird im Detail im folgenden unter Bezug auf die Figuren beschrieben.
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In
den 1 gezeigten Schnitt wird ein Filtermedium 3 mit
einer horizontalen zylindrischen Form in einem Gehäuse 2 des
RVF 1 auf eine solche Weise angeordnet, dass das Filtermedium 3 rotieren kann.
Der untere Bereich des Filtermediums 3 wird in eine Aufschlämmung 4 eingetaucht,
die in einem unteren Bereich des Gehäuses 2 vorliegt, und
bilden einen Filterbereich 5. Im Inneren des Filterbereich 5 wird
ein Absaugbereich 8 gebildet, in den ein Filtrat 6 und
ein Blasgas 7 eingesaugt werden.
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Im
oberen Bereich des Filtermediums 3 ist ein Paar Leitungen
für eine
Waschflüssigkeit 10,
die zum Waschen eines Kuchens 9 verwendet wird, auf solche
Weise angeordnet, dass die Leitungen einander gegenüber liegen.
An geeigneten Positionen relativ zu denen der Leitungen für die Waschflüssigkeit 10 werden
ein Waschbereich 11 und ein Bereich zur Entnahme der Flüssigkeit 12 auf
dem Filtermedium 3 gebildet, und ein Bereich zum Sammeln
einer Flüssigkeit 13,
in dem die Flüssigkeit
gesammelt wird, wird im Inneren dieser Bereiche gebildet.
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Im
Inneren des Filtermediums 3 werden ein Blasbereich 14,
der zur Ablösung
des Kuchens 9 verwendet wird, und ein Versiegelungsbereich 15 angeordnet.
Der entsprechende Bereich des Filtermediums 3 ist ein Ablösebereich 16.
Im Inneren des Ablösebereichs 16 ist
eine Leitung zur Zufuhr von Blasgas 17 angeschlossen, die
ein Blasgas zuführt,
welches durch Mischen eines nicht kondensierenden Gases wie Stickstoffgas
mit dem Dampf eines Lösungsmittels
erhalten wird.
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Die
durch den RVF 1 zu behandelnde Aufschlämmung wird durch einen Zufuhrbereich
für die Aufschlämmung 18 zugeführt. Eine Überlaufwand 19 ist
so angeordnet, dass der Oberflächenbereich
der Aufschlämmung
beibehalten wird. Die über
die Überlaufwand 19 fließende Aufschlämmung wird
aus einem Bereich zum Zirkulieren der Aufschlämmung 20 entnommen,
und der Kuchen wird aus dem Auslass für einen Kuchen 21 entnommen.
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In
dem in 2 gezeigten Flussdiagramm wird die zu behandelnde
Aufschlämmung
dem Bereich zur Zufuhr der Aufschlämmung 18 des RVF 1 durch
eine Pumpe 23 via einen Tank für die Aufschlämmung 22 zugeführt, aus
dem Bereich zum Zirkulieren einer Aufschlämmung 20 entnommen
und zirkuliert. Eine Waschflüssigkeit
im Bereich zum Sammeln einer Flüssigkeit 13 wird
durch eine Pumpe 24 zum Äußeren des Systems hin entnommen.
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Das
Filtrat und das Blasgas aus dem Saugbereich 8 der 1 wird
in einen Filtrattank 25 transferiert, und das Filtrat wird
durch eine Pumpe 26 zum Äußeren des Systems hin befördert. Im
oberen Bereich des Filtrattanks 25 ist ein Kühler 27 vorgesehen.
Das gekühlte
Gas wird vom Nebel durch einen Nebelabscheider 28 abgetrennt
und dann durch eine Vakuumpumpe 29 entnommen. Am Auslass
der Vakuumpumpe 29 sind eine mit einer Flüssigkeit
versiegelte Trennvorrichtung 30 und ein Nebelabscheider 31 angeordnet,
und das durch die Vakuumpumpe 29 entnommene Gas wird als
Blasgas im RVF verwendet.
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Der
im RVF 1 abgelöste
Kuchen wird aus dem Ablösungsbereich
eines Kuchens 21, der in 1 gezeigt
ist, durch eine Blende 33 und eine Blende 34 entnommen,
durch einen Trockner 35 getrocknet und als Kristalle (Produkt)
an einem Auslass für
das Produkt 36 isoliert.
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Im
Verfahren zur Isolierung der Kristalle wird die in einem Tank für eine Aufschlämmung 22 vorliegende
Aufschlämmung
durch die Pumpe 23 zum Bodenbereich des RVF 1 zugeführt, und
Filtration unter Absaugen, Waschen, Filtration unter Absaugen und Ablösung (Blasen)
werden schrittweise durchgeführt, während das
Filtermedium rotiert. Die Verfahren werden genauer im folgenden
beschrieben.
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Der
Druck im Inneren der Rotationstrommel wird durch die Arbeit der
Vakuumpumpe 29 durch den Absaugbereich 8 niedriger
als außen
eingestellt. Als Ergebnis wird die im Bodenbereich des RVF 1 zugeführte Aufschlämmung durch
das rotierende Filtermedium 3 filtriert. Die Kristalle
in der Aufschlämmung 4 werden
durch das Filtermedium 3 abgefangen, bilden einen Kuchen 9 und
bewegen sich aufwärts.
Ein Aufschlämmungsbereich 4 fließt über die Überlaufwand 19 und
wird in den Aufschlämmungstank 23 durch
den Bereich zum Zirkulieren der Aufschlämmung 20 zurückgeführt.
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Der
Kuchen 9 wird mit einer Waschflüssigkeit gewaschen, die aus
den Leitungen für
Waschflüssigkeit 10 im
Waschbereich 11 versprüht
werden, von der Waschflüssigkeit
im Bereich zur Entfernung der Flüssigkeit 12 abgelöst und bewegt
sich abwärts.
Im Ablösungsbereich 16 wird
ein Blasgas zu der Leitung zur Zufuhr des Blasgases 17 geführt und
durch das Filtermedium im Blasbereich 14 eingeblasen, und
der Kuchen 9 wird abgelöst.
Das Filtermedium 3, von dem der Kuchen 9 abgelöst wurde,
bewegt sich weiter abwärts
und erreicht den Filterbereich 9 erneut.
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Das
Filtrat 6 und das Blasgas 17, die im Ansaugbereich 8 angesaugt
werden, werden in den Filtrattank 25 transferiert und das
Filtrat 6 wird durch die Pumpe 26 zum Äußeren des
Systems hin entnommen.
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Der
im Ablösungsbereich 16 abgelöste Kuchen 9 wird
aus dem Auslass für
einen Kuchen 21 durch die Blende 33 und die Blende 34 entnommen, durch
den Trockner 35 getrocknet und als Kristalle (Produkt)
am Auslass für
das Produkt 36 isoliert.
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Der
Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung ist die Verbindung einer Leitung
zur Zufuhr eines Lösungsmitteldampfs 32 mit
der Leitung für
das Blasgas, die aus dem Nebelabscheider 31 kommt, und
einen Dampf zuzuführen,
der dieselbe Zusammensetzung hat wie das Lösungsmittel. Wenn die Mutterlauge
der Aufschlämmung
Wasser ist, dann bedeutet der Dampf mit derselben Zusammensetzung
wie die des Lösungsmittels
natürlich
Wasserdampf. Wenn die Mutterlauge der Aufschlämmung 4 wasserhaltige Essigsäure ist,
ist ein Dampf aus Essigsäure,
die Wasserdampf in einer solchen Menge enthält, dass die Zusammensetzung
nahe der der Mutterlauge ist, als Dampf mit derselben Zusammensetzung
wie der des Lösungsmittels
geeignet. Wasserdampf oder Essigsäuredampf kann aber ebenfalls
verwendet werden.
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In
einer üblichen
Apparatur zur Herstellung von Terephthalsäure sind eine oder mehr Kristallisationstanks
stromaufwärts
des Tanks für
die Aufschlämmung 32 angeordnet.
Im Kristallisationstank wird die Temperatur der Aufschlämmung durch Flash-Verdampfung
gesenkt. Es ist vorteilhaft, dass der durch die Flash-Verdampfung
gebildete Dampf durch die Leitung zur Zufuhr des Lösungsmitteldampfs 32 zugeführt wird.
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Durch
Zufuhr des Dampfs mit derselben Zusammensetzung wie der des Lösungsmittels
durch die Leitung zur Zufuhr des Lösungsmitteldampfs 32 kann
als Ergebnis eine Verstopfung des Filtermediums verhindert werden,
und das kontinuierliche Verfahren kann während einer langen Zeit durchgeführt werden.
Obwohl der Grund für
dieses vorteilhafte Ergebnis nicht vollständig verstanden ist, wird angenommen,
dass das Ergebnis durch eine Kombination der folgenden Effekte erzielt
wird.
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Als
erster Effekt kann das Volumen des Blasgases durch Zufuhr des Dampfs
mit derselben Zusammensetzung wie der des Lösungsmittels erhöht werden.
Als Ergebnis wird erwartet, dass die Ablösung der Kristalle im Abtrennbereich 16 vollständig durchgeführt werden
kann. Da der durch die Leitung zur Zufuhr des Lösungsmitteldampfs 32 zugeführte Lösungsmitteldampf
in den Filtrattank 25 durch den Absaugbereich 8 transferiert
wird, nachdem er als Blasgas verwendet wurde, wird ein vorteilhaftes
Ergebnis dahingehend erhalten, dass die Menge des durch die Vakuumpumpe 29 geförderten
Gases wenig durch den Anstieg des Volumens des Blasgases aufgrund
der Zufuhr des Dampfs mit derselben Zusammensetzung wie der des
Lösungsmittels
beeinflusst wird.
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Als
zweiter Effekt wird der Feuchtigkeitsgehalt des Blasgases durch
Zufuhr des Lösungsmitteldampfs
erhöht.
Als Ergebnis wird erwartet, dass das Phänomen des Anhaftens der Kristalle
am Filtermedium unterdrückt
werden kann. Darüber
hinaus wird erwartet, dass Nebel des im Blasgas in einer kleinen Menge
verbleibenden Lösungsmittels
restliche feine Kristalle entfernen kann, die am Filtermedium anhaften.
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Als
dritter Effekt wird die Temperatur des Blasgases durch Zufuhr des
Dampfs mit derselben Zusammensetzung wie die des Lösungsmittels
erhöht.
Eine vollständigere
Trennung kann aufgrund der erhöhten
Temperatur des Blasgases erwartet werden.
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Wie
in den Beispielen später
gezeigt wird, nimmt der Feuchtigkeits-Komponenten-Gehalt in den Kristallen
im Bereich zur Entnahme der Kristalle 21 als Ergebnis des
Mischens eines Dampfs mit derselben Zusammensetzung wie derjenigen
des Lösungsmittels
in das Blasgas ab. Dies ist ein zuvor unerwarteter Effekt.
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Da
der Dampf des Lösungsmittels,
das durch die Leitung zur Zufuhr des Dampfs eines Lösungsmittels 32 zugeführt wird,
durch den Absaugbereich 8 nach der Verwendung als Blasgas
in den Filtrattank 25 transferiert wird, wird die Menge
an durch die Vakuumpumpe 29 geförderten Gases wenig durch den Anstieg
des Volumen des Blasgases aufgrund der Zufuhr des Dampfs mit derselben
Zusammensetzung wie derjenigen des Lösungsmittels beeinträchtigt.
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Nebel
könnte
aufgrund der Abnahme der Temperatur nach dem Mischen mit dem Dampf
mit derselben Zusammensetzung wie der des Lösungsmittels und vor Erreichen
des Blasbereichs 14 gebildet werden. Es wurden jedoch bei
der tatsächlichen Durchführung während einer
langen Zeit keine Probleme beobachtet. Die Abnahme der Temperatur
des Lösungsmitteldampfs
kann durch Wärmeisolierung der
zum RVF führenden
Leitung unterdrückt
werden.
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Wie
oben beschrieben kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter
Weise auf die Isolierung von Kristallen aus roher Terephthalsäure und gereinigter
Terephthalsäure
angewendet werden. Das Verfahren kann auch für die Isolierung von Kristallen
in einer Aufschlämmung
im Verfahren zur Herstellung aromatischer Carbonsäuren wie
Isophthalsäure
und Naphthalindicarbonsäure
durch Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen mit molekularem
Sauerstoff in Katalysator-Komponenten enthaltenden Lösungsmitteln
unter Bedingungen hoher Temperatur und hohen Drucks angewendet werden.
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Wie
im folgenden unter Bezug auf Beispiele gezeigt wird, kann in Übereinstimmung
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
Verstopfung eines Filtermediums verhindert werden, und Kristalle
können wirksam
aus einer Aufschlämmung
kontinuierlich während
einer langen Zeit durch Zufuhr eines Dampfs als Blasgas zur Ablösung eines
Kuchens isoliert werden, der dieselbe Zusammensetzung hat wie das
Lösungsmittel.
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Da
der Dampf mit derselben Zusammensetzung wie derjenigen des Lösungsmittels,
der erfindungsgemäß zugeführt wird,
in einen Filtrattank über den
Saugbereich nach der Verwendung als Blasgas zur Ablösung des
Kuchens transferiert wird, kann der Dampf als Lösungsmittel zurückgeführt werden,
und der Anstieg des Volumens des Blasgases zeigt keine Wirkungen
auf die Menge des von der Vakuumpumpe geförderten Gases. Darüber hinaus
wird die Qualität
der isolierten Kristalle durch den Anstieg des Volumens des Blasgases
verbessert.
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Das
Verfahren zur Isolierung von Kristallen aus einer Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann auf zahlreiche Verfahren wie die Verfahren zur Herstellung
von aromatischen Carbonsäuren
mit Flüssigphasenoxidation
angewendet werden.
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Beispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird im folgenden genauer unter Bezug auf
Beispiele beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht
auf die Beispiele beschränkt.
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Beispiel 1
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Eine
Aufschlämmung
aus Terephthalsäure
in wasserhaltiger Essigsäure
(Gehalt an Terephthalsäure:
32 Gew.-%; Temperatur: 89°C),
die aus einer Apparatur für
die gewerbliche Herstellung von roher Terephthalsäure durch
Oxidation von para-Xylol mit Luft in Gegenwart eines Kobalt, Mangan
und Brom umfassenden Katalysators erhalten wurde, wurde in Übereinstimmung
mit dem in 1 und 2 gezeigten
Verfahren behandelt, und rohe Terephthalsäure wurde isoliert. Stickstoffgas
wurde als Blasgas verwendet, und ein Flash-Dampf (Mischung aus Dampf
von Essigsäure
und Wasserdampf), der im Tank zur Kristallisation durch Flash-Verdampfung erhalten
wurde, welcher stromaufwärts
vom Tank für die
Aufschlämmung 22 angeordnet
war, wurde mit einer Geschwindigkeit von 780 kg/Stunde durch die Leitung
zur Zufuhr des Lösungsmitteldampfs 32 zugeführt. Die
Zeit vor der Verstopfung des Filtermediums 3 betrug 310
Stunden. Der aus dem Auslass für den
Kuchen 21 entnommene Kuchen wurde bei 110°C während 4
Stunden getrocknet, und die Gewichtsabnahme durch Trocknen betrug
9,8%.
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Vergleichsbeispiel 1
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Dieselben
Verfahren wie die in Beispiel 1 durchgeführten wurden durchgeführt mit
der Ausnahme, dass die Zufuhr des Flash-Dampfs durch die Leitung
zur Zufuhr von Lösungsmitteldampf 32 nicht
erfolgte, d. h., Stickstoffgas wurde als einziges Blasgas verwendet.
Als Ergebnis war die Zeit, bevor das Filtermedium 3 verstopfte,
24 Stunden. Der aus dem Auslass für den Kuchen 21 entnommene
Kuchen wurde bei 110°C
während
4 Stunden getrocknet, und die Gewichtsabnahme durch Trocknen war
11,3%.
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Beispiel 2
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Eine
Aufschlämmung
aus Isophthalsäure
in wasserhaltiger Essigsäure
(Gehalt an Isophthalsäure;
30 Gew.-%; Temperatur: 85°C),
die aus einer Apparatur zur gewerblichen Herstellung von roher Isophthalsäure durch
Oxidation von meta-Xylol mit Luft in Gegenwart eines Kobalt, Mangan
und Brom umfassenden Katalysators erhalten wurde, wurde in Übereinstimmung
mit dem in 1 und 2 gezeigten
Verfahren behandelt, und rohe Isophthalsäure wurde isoliert. Stickstoffgas
wurde als Blasgas verwendet, und ein Flash-Dampf (Mischung aus Dampf von
Essigsäure
und Wasserdampf), der im Kristallisationstank durch Flash-Verdampfung erzeugt
wurde, welcher stromaufwärts
vom Tank für
die Aufschlämmung 22 angeordnet
war, wurde mit einer Rate von 200 kg/Stunde durch die Leitung zur
Zufuhr des Lösungsmitteldampfs 32 zugeführt. Die
Zeit, bevor das Filtermedium 3 verstopfte, betrug 230 Stunden.
Der aus dem Auslass für
einen Kuchen 21 entnommene Kuchen wurde bei 110°C während 4
Stunden getrocknet, und die Gewichtsabnahme durch Trocknen betrug
10,4%.
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Vergleichsbeispiel 2
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Dieselben
Verfahren wie die in Beispiel 2 durchgeführten wurden durchgeführt mit
der Ausnahme, dass die Zufuhr des Flash-Dampfs durch die Leitung
zur Lösungsmittelzufuhr 32 nicht
erfolgte, d. h., Stickstoffgas wurde als einziges Blasgas verwendet, Als
Ergebnis war die Zeit, bevor das Filtermedium 3 verstopfte,
18 Stunden, Der aus dem Auslass für einen Kuchen 21 entnommene
Kuchen wurde bei 110°C
während
4 Stunden getrocknet, und die Gewichtsabnahme durch Trocknen betrug
12,1%.