NL8300066A - Werkwijze voor de verwijdering van overmaat water uit ruw 1,4-butaandiol. - Google Patents

Description

* i — - «r -1-

Werkwijze voor de verwijdering van overmaat water uit ruw 1.4-butaandiol.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de verwijdering van overmaat water en kleurgevende materialen uit ruw 1.4-butaandiol door destillatie en ontspanningsverdamping onder vacuum.

5 1.4-Butaandioi, hierna aangeduid als BAD, wordt gewoonlijk bereid door katalytisch hydrogeneren van butyndiol.

Het ruwe BAD uit de hydrogenering bevat een overmaat water en andere verontreinigingen zoals kleurvormende stoffen.

Er worden in de literatuur allerlei methoden voorge-10 steld voor het verwijderen van water, verontreinigingen en/of kleurvormers uit BAD, bijvoorbeeld in de Amerikaanse octrooi-schriften 2.629.686, 2.768.214, 3.852.164 en 3.891.511. Met de betreffende methoden wordt echter hetzij niet voldoende water, verontreinigingen en/of kleurvormende stoffen die aanwezig 15 waren verwijderd om een gewenst eindprodukt te verkrijgen, of er worden ingewikkelde en dure wegen bewandeld voor het verwijderen van die bestanddelen.

Er werd nu gevonden dat overmaat onnodig water en kleurvormende stoffen of voorlopers daarvan die in ruw BAD aanwezig 20 zijn, op een efficiëntere wijze kunnen worden verminderd, door het ruwe BAD te onderwerpen aan destillatie onder omstandigheden waaronder praktisch al het in het ruwe BAD aanwezige water eerst wordt verwijderd en daarna het BAD met verlaagd watergehalte verder wordt gezuiverd bij lage druk door ont-25 spanningsverdamping waardoor overgebleven water in voldoende mate wordt verwijderd om een produkt te verkrijgen dat aan een gespecificeerde voorwaarde voldoet.

Ruw BAD bevat 1 tot 20 gew.% water en organische verontreinigingen die koken beneden BAD, 0,05 tot 5 gew.% hoog-30 kokende organische teerachtige stoffen en anorganische zouten en bevat 80 tot 99% BAD.

8300066 * * -2-

Bij één uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt ruw BAD dat circa 5 gew.% water bevat toegevoerd aan een kolom die gepakte secties bevat of ongeveer in het midden of lager maar niet beneden de pakking eventueel ook schotels bevat.

5 Bij voorkeur wordt ruw BAD toegevoerd aan een kolom die vier gepakte secties bevat en wel op een punt gelegerd één gepakte sectie boven de bodem van de kolom.

Als de kolom is gevuld met pakkingen, kunnen velerlei conventionele typen van pakking worden gebruikt, bijvoor-10 beeld pakkingen van gaas van het Koch-Sulzer type of Pall-ringen uit roestvast staal. Bij sommige uitvoeringsvormen kan het gewenst zijn om echte'schotels toe te passen of een combinatie van schotels en pakkingen. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm is het bovenste gedeelte van de kolom gevuld 15 met pakkingen, terwijl het onderste gedeelte schotels heeft, met een toevoer voor ruw BAD in het gedeelte waar zich de schotels bevinden.

Men laat de kolom werken onder een voldoende laag vacuum om de herverdampte temperatuur beneden circa. 175eC te 20 houden. Op een punt in de destillatiekolom gelegen boven het punt waar de voeding in de kolom wordt ingevoerd maar onder het bovenste punt van de pakking of de bovenste schotel, wordt een vloeistofstroom afgevoerd die BAD omvat met een aanzienlijk verlaagd watergehalte; met een aanzienlijk verlaagd 25 watergehalte wordt daarbij bedoeld minder dan 5000 dpm en bij voorkeur minder dan 1500 dpm.

De zijdelings afgetapte stroom BAD die praktisch vrij is van ongewenste hoeveelheden kleurvormers, maar nog een. overmaat onnodig water bevat wordt toegevoerd aan een 30 ontspanningsverdamper en wel beneden het vloeistofniveau, om de voeding een kans te geven in evenwicht te komen met de · vloeistof in de ontspanningsverdamper. De ontspanningsverdamper wordt onder een hoger vacuum gehouden dan de kolom. Daarin wordt een voldoende hoeveelheid materiaal door ont-35 spanningsverdamping over de top af gevoerd (ongeveer 7% van het uit de kolom afgetapte produkt), gebruikmakend van de 8300066 ♦ : — -3- voelbare warmte van de aan de ontspanningsverdamper toëge-voerde stroom. Een gezuiverd BAD met een watergehalte 400 dpm wordt onderuit de ontspanningsverdamper afgevoerd.

Hoogkokende organische teerachtige stoffen en 5 anorganische zouten worden uit het bodemgedeelte van de destillatiekolom of uit een herverdamper afgevoerd als een vloeibare spuistroom. Laagkokende organische verontreinigingen en water worden bovenuit de destillatiekolom afgevoerd, gecondenseerd en een gedeelte wordt teruggevoerd als reflux 10 terwijl de rest wordt gespuid. De hoeveelheid reflux is niet kritisch en kan variëren van een verhouding van 1:1 tot 5:1.

De werking van de destillatiekolom kan worden ingesteld gebruikmakend van conventionele technieken, om een gewenst watergehalte te bereiken. Bij voorkeur laat men de kolom werken 15 onder vacuum zodanig dat de destillatietemperatuur niet hoger wordt dan 175°C, dat wil zeggen de maximum temperatuur aan het ondereinde van de kolom is niet hoger dan 175°C.

Bij temperaturen boven 175°C vertoont BAD neiging te ontleden tot tetrahydrofuran en water. De kolom laat men daarom 20 gewoonlijk werken bij een druk beneden 200 mm Hg (26,7 kPa) en bij voorkeur 60 - 100 mm Hg (8,0 - 13,3 kPa) aan de top van de kolom en 120 mm Hg (16,0 kPa) bij de bodem van de kolom.

De verwijdering van de BAD stroom uit de destillatie-25 kolom op een punt gelegen boven het midden, dat wil zeggen boven de voeding maar beneden de bovenzijde van de pakking is belangrijk.

Een eventueel boven de pakking verwijderde stroom zal bestaan uit damp die een veel grotere hoeveelheid water bevat.

30 Naarmate het punt waar de BAD stroom wordt verwijderd het punt nadert waar het ruwe BAD wordt toegevoerd, stijgt de hoeveelheid water die in de BAD stroom aanwezig is. Zolang echter de stroom wordt verwijderd boven het niveau waar de voeding wordt ingevoerd, zal het watergehalte aanzienlijk 35 zijn verlaagd. De stroom die uit de destillatiekolom wordt verwijderd met een verlaagd watergehalte en naar de vacuum- 8300066

t- f V

-4- ontspanningsverdamper wordt gevoerd ziet er waterhelder uit.

Het traject voor het afvoeren van vloeibaar BAD uit de destillatiekolom is het traject waarin het watergehalte 0-5000 dpm, bij voorkeur’ minder dan 2000 dpm bedraagt en 5 liefst minder dan 1500 dpm bedraagt, ongeacht de water- concentratie in het ruwe BAD. Gevonden werd dat de relatieve vluchtigheid van kleurvormers uit BAD loopt van 0,63 tot 1,0 als het watergehalte wordt verhoogd tot 5000 dpm. Met andere woorden, de relatieve vluchtigheid geeft aan de 10 aanzienlijk gemakkelijker verwijdering van kleurvormers uit BAD bij 0,63 in vergelijking met 1,0.

De figuur geeft een stroomschema weer dat een uitvoeringsvorm van de uitvinding illustreert. In de figuur is aangegeven hoe BAD 1 wordt toegevoerd aan de destillatie-15 kolom 2 die vier secties van pakking 3 bestaande uit roestvast staal Pallringen bevat, op een punt 4 gelegen boven de onderste bij de bodem gelegen gepakte sectie 3. Hoogkokende organische teerachtige stoffen 5 worden uit de bodemsectie van de kolom afgevoerd via de herverdamper 6 en laagkokende organische 20 verontreinigingen en water 7 worden boven uit de kolom afgevoerd, gecondenseerd bij 8 en ten dele als reflux 9 teruggevoerd naar de kolom en ten dele als spuistroom afgevoerd. Een vloeibare stroom 10 wordt onder de bovenste gepakte sectie van de kolom afgetapt en naar vacuumontspanningsverdamper 11 25 gevoerd, op een punt 12 gelegen beneden het vloeistofniveau in de ontspanningsverdamper. Een produktstroom 13 wordt als bodemstroom uit de ontspanningsverdamper afgevoerd met een verlaagd watergehalte. Water, laagkokende organische verontreinigingen en wat BAD 14 worden boven uit de ontspannings-30 verdamper afgevoerd.

De uitvinding wordt verder geïllustreerd door de volgende voorbeelden, waarin alle percentages of delen gewichts-percentages en gewichtsdelen zijn, tenzij anders is aangegeven.

Voorbeeld I (destillatiesimulatie met een enkele kolom) 35 Een drietrapssimulatie van destillatie met een zijde lings afgetapt produkt stroom gevolgd door ontspanningsver- 8300066 -5- damping ter verwijdering van een overmaat water werd als volgt uitgevoerd:

Trap a: verwijdering van laagkokende componenten Ruw BAD dat 4,7 gew.% water bevatte werd in een hoeveel-5 heid van 6,4 g/min toegevoerd aan de herverdamper van een

Oldershawkolom van 2,5 cm met vijf zeefplaten. De kolom werkte onder een druk aan de top van de kolom van 65 mm Hg ' (8,7 kPa) met een refluxverhouding van 4,5/1 en af voer van produkten over de top van de kolom van 1,3 g/min, waarmee 10 de hoofdmassa van het water en andere laagkokende stoffen werden verwijderd, waarmee destillatie boven het punt van afvoer van produkt wordt gesimuleerd.

Trap b; verwijdering hoogkokende componenten Het bodemprodukt uit trap a dat nog hoogkokende 15 componenten bevat werd in een hoeveelheid van 4,8 g/min .. .

toegevoerd aan een Oldershawkolom van 2,5 cm met vijftien zeefplaten, en wel boven de vijfde plaat om destillatie-werking tot aan het punt waar aftap van produkt plaats vindt te simuleren. De kolom werkt onder een druk aan de top van 20 de kolom van 65 mm Hg (8,7 kPa) met een refluxverhouding van 1,2/1. Het gezuiverde produkt werd afgevoerd over de top in een hoeveelheid van 4,1g/min wat een waterhelder produkt opleverde dat 2500 dpm water en polyester bevatte met APHA kleur 115.

25 Trap c: verwijdering van water door ontspanningsver- damping

Het produkt uit trap c dat 2500 dpm water bevatte werd toegevoerd onder het vloeistofniveau in een elektrisch verhitte ontspanningsverdamper met een toevoer snelheid van 30 7,6g/min. De ontspanningsverdamper werkte onder een druk van 25 mm Hg (3,3 kPa) bij een temperatuur van het vat van 139°C. De water bevattende topprodukten werden afgevoerd in een hoeveelheid van 0,56 g/min (ongeveer 7% van de voeding). Het gezuiverde BAD produkt, dat uit de ontspannings-35 verdamper werd afgetapt bevatte 355 dpm water en had een BAD gehalte van 99,79 gew.%, in vergelijking met een typisch 8300066 -6- gezuiverd BAD produkt dat een watergehalte heeft van 400 dpm en een zuiverheid van 99,75 gew.% BAD, dat wordt verkregen met de duurdere methode volgens de stand van de techniek.

5 Voorbeeld II

Gezuiverd BAD waaraan water was toegevoegd om een vloeibaar produkt na te bootsen dat wordt verkregen uit de destillatiekolom, werd toegevoerd aan een vacuumontspanning s - verdamper om te demonstreren dat de overmaat water 10 gemakkelijk wordt verlaagd tot 400 dpm door ontspannings- verdamping. De resultaten zijn hieronder samengevat: BAD voeding Ontspannings- Ontspannings- Verdampte Waterge- watergehalte verdamper verdamper hoeveel- halte in dpm druk mm Hg temp.°C heid van bodem- , absol. kPa de voeding produkt 15__;_ _ (gew.%) dpm 1500 25 3,3 139 7,1 210 1600 25 3,3 137 6,5 250 2500 25 3,3 139 7,3 ' 360 2300 25 3,3 139 5,1 460 20 1400 72 9,6 164 11,2 180 1450 72 9,6 163 6,6 250 2400 72 9,6 162 10,0 260

De gangbare zuiveringstechniek vereist het gebruik van twee kolommen om dezelfde kwaliteit produkt te verkrijgen.

25 De voorgestelde enkele kolom in combinatie met een ont- spanningsverdamper levert de vereiste zuiverheid op bij lagere investeringen en daarbij zal de warmteinhoud van de zij stroom worden gebruikt voor het door ontspannings-verdamping afdampen van water waardoor het energieverbruik 30 wordt verminderd. Een ultrazuiver produkt kan worden verkregen door het produkt opnieuw in de apparatuur te behandelen, op "campagnebasis", of eventueel door de reflux-verhouding van de kolom te vergroten en de hoeveelheid voeding die wordt toegevoerd per tijdseenheid te verminderen, 35 om zo, indien nodig, een grotere zuiverheid te bereiken, bij een lagere produktiesnelheid.

8300066 - ' ·* % -7-

De kleurvormers die met de werkwijze volgens de uitvinding worden verwijderd zijn verbindingen die het polyesterprodukt verkregen bij de reaktie van BAD met een geschikt dibasisch zuur een zekere kleur geven. Deze 5 verbindingen worden gemeten door eerst met BAD een polyester te bereiden en dan de testmethode te volgen die wordt beschreven in ASTM D 1209, om de kleur te meten.

Er is sprake van een relatieve vermindering van kleur in het polyesterprodukt als de kleurvormers met de werkwijze 10 volgens de uitvinding uit BAD worden verwijderd.

Polyestertestmethode 90g 1.4-Butaandiol en 104g adipinezuur worden in een driehalskolf van 500 ml gebracht die is uitgerust met een thermometer, een destillatieopzet, een magnetische roerder 15 en een verwarmingsmantel. Het systeem wordt geëvacueerd én driemaal achtereen met ^ gevuld, waaraan men voortgaat door het systeem een langzame stroom Ng te leiden. De kolf wordt op 180°C verhit (de ^ stroom wordt afgesloten zodra de temperatuur op 140°C komt) en de kolf wordt 7h op 180°C 20 gehouden. De gevormde polyester wordt afgekoeld tot circa 100°C en de APHA kleur wordt gemeten door vergelijking met platina-cobalt standaards, onder toepassing van een geschikte colorimeter.

8300066

Claims (2)

1. Werkwijze voor het verwijderen van overmaat water uit ruw 1.4-butaandiol, met het kenmerk, dat men bijna al het water dat in het ruwe 1.4-butaandiol aanwezig is door 5 destillatie verwijdert en dan het ruwe 1.4-butaandiol verder zuivert onder vacuum in een ontspanningsverdamper.

2. Werkwijze voor het zuiveren van 1.4-butaandiol, met het kenmerk, dat men ruw 1.4-butaandiol toevoert aan een destillatiezone op een punt gelegen tenminste één schotel 10 boven de bodem van die zone, waarbij de destillatiezone onder een vacuum staat van tenminste 200 mmiHg (26,7 kPa) en een temperatuur heeft tussen 100 en 175°C, een top-stroom af-voert die water en laagkokende componenten bevat, een bodemstroom afvloeit die hoogkokende componenten bevat 15 en een zij stroom die 1.4-butaandiol bevat met een aanzienlijk verlaagd watergehalte, af-voert boven het punt waar de ruwe voeding wordt ingevoerd en onder het boveneinde van de pakking in de kolom, de zijstroom toevoert aan een ontspanningsverdamper onder het vloeistofniveau daarvan, welke 20 verdamper onder een vacuum staat dat zoveel hoger is dan het vacuum op het punt waar de zijstroom wordt afge-voerd, zodat het kookpunt van de oplossing erdoor wordt verlaagd en de voelbare warmte wordt geleverd die nodig is voor het afdampen van resterend water, en dat een produktstroom van 1,4-butaan-25 diol wordt afge-voerd die praktisch vrij is van water. 8300066