JPH029839A - 芳香族カルボン酸の製法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に芳香族アルキルを液相で酸化して芳香
族カルボン酸とし、そして原理的にはバラキシレンの液
相酸化によるテレフタル酸の製法に関する。特に本発明
は反応器の転化効率を増加させ電力コストを低減し、並
びに製造される芳香族カルボン酸の品質を向上させる方
法と装置に関係している。

芳香族アルキルを液相酸化して芳香族カルボン酸とする
のは高い発熱を伴う化学反応である。

反応混合物を含有させるのに揮発性の水性酸溶媒が用い
られ反応熱を放散させる。液相中で芳香族アルキル類を
酸化させ芳香族カルボン酸類を生成させるのは一般に排
気しながら良く混合される酸化反応器の中で行われ、そ
の反応器は発熱酸化反応により発生する熱を実質的に還
流により除去する部分を備え、還流は反応器中にある水
性溶媒と芳香族アルキルの一部によりなされる。

生成する芳香族カルボン酸の光学品質（ｏｐｔ　１−ｃ
ａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ）は、酸化反応器中でおこる混合
に大きく依存する。その反応器の混合により反応物を分
散し、酸素の物質移動を促進し、生成した芳香族カルボ
ン酸は懸濁状に保たれる。反応物の均一な分散と、酸素
の物質移動の効率は芳香族アルキルの酸化速度および生
成する中間体化合物、並びに好ましくない光学的不純物
と」生物に影響を与える。これはまｊ；、生成した芳香
族カルボン酸の光学品質、反応器燃焼（ｒａａｃ−ｔｏ
ｒ　ｂｕｒｎｉｎｇ）および反応収率に影響を与える。

従って反応器の混合特性を改良することは顕著な経済上
の動機となる。

発熱反応で発生しＩ：熱のＩ；めに蒸気となった物質は
、共に存在する未反応酸素と他の濃縮できない成分と一
緒に、反応器を通って上方に通過し、反応器の中の反応
混合物の液体レベルより上の位置で反応器から排出され
る。その蒸気は、上方に抜け、反応器の外に出され塔頂
還流凝縮装置に入り、そこで蒸発している溶媒、水およ
び芳香族アルキルが濃縮される。濃縮された物質は、そ
の時反応器の内容物の温度より低くなっているが、重力
により反応器に戻される。

濃縮できないガスが蒸発した反応物質に伴って出て来る
がそれは排出される。

操作時、反応器には芳香族アルキル、水性酸性溶媒およ
び酸化触媒を含有する液体原料が供給される。酸素含有
ガスは別に反応器中に導入され触媒の存在下で芳香族ア
ルキルを酸化させ、芳香族カルボン酸とする。

反応器中に含まれる反応混合物は生成した芳香族カルボ
ン酸の懸濁物を含んでいる。反応混合物は固相および液
相の成分を含有し、並びに酸素含有ガスが連続的に導入
されるので、反応器を所望とする均一な条件に保ち、高
品質の生成物を得るｊ；めに反応内容物を激しく撹拌す
る必要がある。しかし、激しい撹拌を行なうと必要電力
の点でコスト高となる。またたとえ高い電力入力を行な
っても従来の装置では望ましい混合効率を得られなかっ
た。

芳香族カルボン酸を製造する１つの装置において、反応
は垂直に配置され伸長している容器内で起こり、該容器
は実質的に円筒状の側壁を備え、容器のほぼ軸上にある
シャフトの上に容器中で回転するように取り付けられた
撹拌装置を備えている。撹拌装置は二カ所にインペラー
を有しており、上部撹拌要素又はインペラーはシャフト
上の中間の位置に四翼付ディスクタービンを形成し、下
部撹拌要素又はインペラーはシャフトの下端部にピッチ
付四翼タービンを形成している。

本装置のこの反応器には、４つの垂直なバッフルがあり
、円筒状容器壁から実質的に等しい間隔を保って離れて
いる。各バッフルは長方形の断面であり、容器の内径の
約１／１２の巾を有する。各バッフルは容器壁から容器
の直径の約１／ｌｏｏのクリアランスで隔っている。こ
こまでの装置の中へのガスの導入は下部インペラーの水
準より幾分高い水準でなされる。

本発明は混合特性を向上させた酸化反応器を提供するも
のである。反応器中を上がるガスは増加し、固形の反応
生成物を懸濁物中に維持するために必要な電力は実質的
に減少した。その結果比較的高品質の芳香族カルボン酸
生成物を得ることが出来た。

本発明は酸化反応器を企図しＩ；ものであり、円筒状で
、直立しｔ；耐圧容器であり、軸方向に取り付けられた
撹拌装置は反応器の中間部付近の上部インペラー要素お
よび反応器のほぼ底部付近に下端部インペラー要素を備
え、反応容器壁に接近して、しかも間隔をもつよう垂直
に配設されたバッフルを備え、反応器中の最下端のイン
ペラー要素より下部にある複数個のノズルを終端とする
ガス導入装置を備えている。垂直に配設されたバッフル
は器壁から間隔を有し、しかも半径方向の内部方向に広
がっており、反応器の内径に対して約０．０２〜０．０
４倍の広さを有する。ガス導入ノズルは好ましくは、最
下端のインペラー要素と反応ｓａ部との間の中間部付近
に位置させるのがよい。

芳香族カルボン酸は酸化反応器中で昇温、昇圧し、芳香
族アルキルを連発性溶媒媒質中、酸素含有ガスにより液
相酸化させることにより製造される。芳香族アルキルか
ら芳香族カルボン酸への酸化は酸化触媒の存在下に水性
酸性溶媒媒質中で起こる。芳香族アルキルから芳香族ヵ
ルポン酸の転化は発熱反応である。酸化反応により発生
した熱は少なくとも部分的に溶媒、水、芳香族アルキル
および酸化反応器中に存在する反応混合物の他の揮発成
分の一部が蒸発することにより除去される。揮発した反
応混合物成分は酸化反応器から排出され塔頂凝縮装置中
で凝縮され、次に酸化反応器中に循環され、一方凝縮し
ないガスは系から排出される。

酸化反応器に供給される液体原料は芳香族アルキル、溶
媒媒質および反応器中で酸素の存在下で芳香族アルキル
の酸化を行ない相当する芳香族カルボン酸とするだめの
酸化用触媒の有効量を含有する。

第１図には芳香族アルキルを酸化して芳香族カルボン酸
とするための細長い、垂直に配設された連続撹拌反応槽
１０を示した。酸化反応は液相中で進行する。反応器ｌ
Ｏは耐圧容器であり、撹拌装置１２を備え上部混合要素
またはインペラー１３および下端部混合要素またはイン
ペラー１４が駆動し、両方ともに撹拌用シャフト１５に
取り付けられている。反応器１０はさらに比較的に狭く
て垂直に配設されｔ；内部バッフル１６を備え、それは
円筒形反応器の器壁に近接して配置されそこから放射状
の内部方向へ広がっている。各各の混合要素はシャフト
１５により略同−平面内で、所定の回転速度で回転され
、反応器ｌＯの内容物は以下にさらに詳述するように十
分混合される。複数のノズル１８は最下端インペラー１
４より下方に酸化ガスを導入するために設備される。

反応器１０の内容物は中に含まれる揮発性溶媒と芳香族
アルキルが実質的に液体状態を維持するのに十分な温度
および昇圧下におかれる。

バラキシレンのような芳香族アルキルおよび触媒を含有
する水性酢酸溶液のような揮発性水性酸溶液媒質は混ぜ
合わせ混合物とされ導管２５を通って反応器ｌＯには入
る。酸素含有ガスはガス導入管１８を経由して反応器１
ｏの内部に導入され、該導入管は反応器の底に近くかつ
インペラー１４の下方の反応器内を終端としている。酸
素含有ガスは触媒の存在下で芳香族アルキルを酸化して
芳香族カルボン酸とするのに使われる。

液状の反応生成物と溶媒媒質は経路２６を通って取り出
される。

反応器１０中の反応による熱により、揮発性溶媒、水、
および中に含まれる反応混合物が蒸発する。反応器ｌＯ
中の発熱反応により発生した熱のうち実質的な部分は水
性溶媒および程度はより少ないが芳香族アルキルの蒸発
により反応混合物から除去される。蒸発しｔ；物質およ
びすべての未反応酸素および反応器１０に供給された他
の酸素含有ガスの成分は反応器ｌｏの中を上部へ通り抜
は出口管１９を通って反応器１０から取り出される。こ
れらの蒸気となった物質およびガスは凝縮装置ｔ２０の
ような塔頂凝縮装置の中へ受は入れられる。該装置中に
は冷却用の液体が循環し、入口２１から入り出口２２か
ら排出される。凝縮器２０に送入された蒸気のうち凝縮
した部分は導管２３を通って反応器へ還流する。そして
未凝縮部分は導管２４を通って系外に排出される。

反応器ＩＯ中ｌこおいて、芳香族アルキルは、普通は空
気として導入される酸素により、触媒の存在下で酸化さ
れて、所望の芳香族カルボン酸および中間生成物を形成
する。生成物は排出物流として排出管２６を経由して反
応器１０から取り出される。生成物は、その後常法によ
り成分が分離され、その中に含有する芳香族カルボン酸
が回収され、通常さらに結晶化し、同一液分離し、乾燥
される。

本発明の特徴を第２〜４図に詳細に図解した。

第１図および残りの図面中において照合番号が同じもの
は同じ部品または要素であるとする。

さらに、簡潔のために第２〜４図中でこれまでに詳しく
述べていない部品まＩ；は要素については以下に詳細に
述べる。

第２図に関して、上部インペラー要素■３は六翼付ディ
スクタービンから成り、各々の翼２７は平面上にあり、
シャフト１５に対して放射状となっている。翼は互いに
均等に間隔を開け、各員はディスク２８を介して内部シ
ャフトに結合されている。

第２図中下部インペラー要素１４も同様にピッチ付六翼
タービンからなり、各員２９は約４５°の角度でピッチ
がつけられている。各員は互いにに等しく間隔が開いて
いる。４５°のピッチは通常にシャフトが回転する時、
各員により液体がシャフトから上方にかつ外側へ動かさ
れるようにシャフト１５の回転する方向によって決定さ
れる。言い換えると、各員はタービンの回転方向に対し
てその先行端は後行端より低くなるように配向している
。

上述のように、酸素含有ガス、通常は空気はガス導入管
１８を通じて反応器の内部に導入される。好ましい実施
態様では、４個の同様なガス導入管があり、各々は反応
器の４分割の位置にある。しかし見やすくするため、第
１図と第２図の中では１個のみ示しｔ；。

各ガス導入管は反応器内の高い水準にある器壁を通り抜
は次に器壁から下方へ（第４図に示すように）最下端イ
ンペラーの下側水準まで広がる。第３図および第４図は
それぞれ線１８の位置の平面図と正面図であり、３１．
３２、および３３で示した複数の直管を備え、それはガ
スを所望の位置にスムーズに向けるように加工されてい
る。Ｄ、で示されるノズル先端と反応器壁との距離は好
ましくは反応器内径の約０，２３倍である。

Ｄｌで示されるノズル先端と反応器底との距離は該内径
の約０．１２〜０．１８倍であり、Ｄ、で示される下部
インペラー（翼の中心で測定して）と反応器底部との距
離は容器直径の約０．２５〜約０，３６倍の範囲である
。したがってノズルの先端は、反応器底部と下部インペ
ラーの略中間の水準にある。

該ノズルと反応器（第４図）の長手方向の軸に平行な垂
直基準線との下向きノズルの角度（θ１）は約１５″〜
約３０Ｑ好ましくは約２０６〜約２５゜の範囲にあり、
反応器の長手方向の軸から半径方向に広がる平面からの
ノズル変位角（θ、）は約３０６〜約９０６の範囲であ
り、好ましいガス流の方向としては、下部インペラーの
描く円形領域に対して略接戦方向である。

第３図および第４図に、バッフル１６の反応器壁に対す
る位置、互いの位置並びにガス導入管に対する位置も示
した。ガス導入管と最も近いバッフルとの放射角（θ、
）は約２０゜〜約４５°の範囲にあり、好ましくは約２
５゜〜約３５°の範囲にある。各バッフルのプレートは
反応器壁側の末端部分が丸くまたは面取りされていても
よい。

バッフルの巾（第４図中Ｄ４）は反応容器の内径の約０
．０２〜０．０４倍である。各バッフルと器壁との間隔
は反応容器の内径の約０．０１倍である。

本発明により得られる結果の改良点を上述と同じシステ
ムで確かめた。ただし下部インペラーは６翼ではなく４
５°ピツチ付四翼とし、試験流体として水道水、空気を
用い、肩囲温度条件下とし、固体含有物として１５重量
％の粗テレフタル酸を用い、空気流速は１分間につきス
ラリー単位容積あたり空気を２倍容積とした。この空気
流速は見かけのガス速度約５．３フイ一ト／分に等しい
。

この装置において、これまでの比較的広いバッフルの代
わりに、本発明の狭いバッフルを使用すると、固体を完
全な懸濁物とする最低のレベルにおいて、撹拌器のスピ
ードは１４％おそくてもよく、電力消費は、６１％少な
くなる。さらに同等の電力入力で上昇されるガスは約１
４％増加する。

ノズル位置を下部インペラーの上方から下方へ移すと、
必要な撹拌スピードと電力が若干増加するがガス上昇は
約２９％増加する。同じ電力レベルでは、ガス上昇は約
１６％増加向上が観測された。

下部インペラー域における、ガス泡の分散ははるかに良
くなったことが観測された。この効果は光学的不純物の
生成を抑制する点において特に重要である。なぜなら、
パラキシレン酸化の大部分は下部インペラー域で起こる
からである。

同じ装置で、狭いバッフルと４５°ピツチ付六翼タービ
ンインペラーに換え、並びにガスノズルを下部インペラ
ーの上方から下方に位置換えることにより、固体の懸濁
を完全とするのに必要な最低レベルで測定して撹拌スピ
ードは１６％減少し、電力消費は６２％減少した。同じ
電力入力の場合ガス上昇は約３８％改良されたことが観
察された。

本発明は、好ましい実施態様について述べたものである
。しかしながら、当業者によってなされる修正された方
法は、特許請求の範囲に定義した本発明の思想に含まれ
るとみなされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反応器の概その輪郭を示したもので部
分断面概略図である。 第２図は反応器の断面拡大図（上端部切欠図）であり、
反応器各要素の概その空間的位置関係を示したものであ
る。 第３図は第２図の線３−３′についての反応器の４分の
１分割した横断面拡大図であり、ガスノズルの位置、バ
ッフルの互いの関係および下部インペラーの描く直径と
の関係を示す。 第４図は第３図の線４−４′についての、縦断面拡大図
で反応器底部と下端部インペラーに対する空気ノズルの
関係を示した。 二二＝＝匹１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）芳香族アルキルの酸化に適した反応器であり、円筒
   状で直立しており、長手方向の軸、底部、および側壁を
   有する耐圧容器；反応物取り入れ部、固形物を含有する
   反応生成物取り出し部、および酸化用ガス取り入れ部、
   これらはすべて耐圧容器内で液絡し、撹拌装置とそれに
   結合したシャフト、該シャフトと該撹拌装置は容器内長
   手方向の軸に沿って容器中に延長されており、それに結
   合した上部の混合用要素と下端部の混合用要素を有し、
   該撹拌装置は容器内の上部混合用要素と下端部混合用要
   素を長手方向の軸のまわりで回転させるものであり；そ
   して該耐圧容器内には垂直なバッフル部が側壁に近接し
   てしかし間隔をもって配設され；垂直に配設された該バ
   ッフル部は複数のブレードを備え耐圧容器の内周のまわ
   りに実質的に一定の間隔で、かつ各ブレードは側壁から
   内側に向かう半径方向に延長するよう一直線に並び、該
   ブレードの巾は円筒状容器の直径の約０．０２〜０．０
   ４倍であり；酸化用ガス取り入れ部は耐圧容器内の最下
   端の混合用要素の下方に位置する複数の供給ノズルを終
   端としたことからなる上記反応器。 ２）４個のノズルが実質的に等間隔に、反応器の水平方
   向４分円毎に１個、かつ各ノズルは反応器底部と下部混
   合用要素の間の中間に位置した請求項１に記載の反応器
   。 ３）最下端部混合用要素は耐圧容器の底部の上方に耐圧
   容器の直径の約０．２５〜０．３６倍の範囲の水準に配
   置され、かつノズルは底部の上方に耐圧容器直径の約０
   ．１２〜約０．１８倍の水準に配置された請求項２に記
   載の反応器。 ４）最下端の混合用要素は上方揚水用のピッチ付きのタ
   ービン翼からなり供給用ノズルは下方へかつ内側へ向い
   ている請求項３に記載の反応器。 ５）各ノズルは対応するガス取り入れ部の付いた側壁の
   結合部の右方向を向きかつ反応器の半径方向に関して約
   ３０゜〜約９０゜の範囲で最も密接に関連するバッフル
   の方向を向き、しかも垂直面に対して約１５゜〜約３０
   ゜の範囲で下向きに配設された請求項４に記載の反応器
   。 ６）複数の各ブレードは側壁側の、その末端部が丸くな
   っているか面取りがなされている請求項１に記載の反応
   器。 ７）芳香族アルキルを酸化して芳香族カルボン酸を生成
   する方法であり、炭化水素は垂直に配設された容器中の
   液本体中に維持され、該容器は軸および実質的に円筒の
   側壁を備え、かつ側壁上に垂直に配設されたバッフルを
   備え、この間、酸素含有ガスが液本体を通過する該酸化
   において、細かく分割された固体生成物が製造され、そ
   れは回転する要素の撹拌により液本体中に懸濁され、該
   要素は実質的に軸上にある垂直なシャフトに取り付られ
   ており、この撹拌は液本体の中間レベルにおいて液の一
   部を円筒側壁方向へ水平にかつ円筒側壁のまわりに回転
   するように流すために連続的に供給される運動力と、液
   本体の下方のレベルにおいて液の一部を上方へかつ円筒
   側壁方向の外側へそして垂直に配設されたバッフルによ
   り妨げられた小径中の円筒側壁のまわりに回転するよう
   に流すために連続的に供給される運動力によりなされる
   上記方法において、下方の該レベルより低いレベルで液
   本体中にガスを導入することを特徴とする方法。 ８）バッフル要素は側壁から円筒状反応器の直径の約０
   ．０１倍の距離だけ隔っている請求項１記載の反応器。