PL81410B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Dynamit Nobel Aktiengesellschaft, Troisdorf (Republika Federalna Niemiec) Sposób oczyszczania kwasów b^nzenokarboksylowych i ich estrów na drodze krystalizacji Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania kwasów benzenokarboksylowych i ich estrów, zwlaszcza takich jak ester dwumetylowy kwasu tereftalowego przez krystalizacje prowadzona, w sposób ciagly w dwóch etapach, przy wytwarzaniu zarodników krystalizacji oraz prowadzeniu wzrostu krysztalów w oddzielnych fazach produkcyjnych.Wiadomo jest, ze zwiazki wytwarzane droga reakcji chemicznych moga byc zanieczyszczone szeregiem najrozmaitszych produktów ubocznych. W celu otrzymania czystego produktu koncowego wybiera sie zazwyczaj metode najtansza jak najprostsza pod wzgledem technicznym, jak na przyklad destylacje, przemywanie specjal¬ nymi rozpuszczalnikami i tym podobne. Jesli odpowiednie wlasnosci fizyczne zanieczyszczen uniemozliwiaja ze wzgledów ekonomicznych stosowanie tych ogólnie uzywanych metod, wówczas w wielu przypadkach mozna •rozdzielic poszczególne substancje przez wykorzystanie ich róznej rozpuszczalnosci.Oczyszczanie przez krystalizacje stosuje sie zwlaszcza wówczas gdy sklad lub budowa produktu wyjscio¬ wego wskazuje, ze w produkcie koncowym beda wystepowac izomery.W niektórych przypadkach jesli jako produkt wyjsciowy stosuje sie mieszanine izomerów, jak na przyklad w produkcji p-ksylenu z mieszaniny izomerów ksylenu, wówczas mieszanina ta jest jednoczesnie uzywana jako rozpuszczalnik, natomiast w innych" przypadkach oczyszczania droga krystalizacji konieczne jest stosowanie od¬ powiednio dobranych rozpuszczalników.W celu przedstawienia sposobu wedlug wynalazku, krystalizacje omówiono ponizej w przykladzie oczysz¬ czania estru dwumetylowego kwasu tereftalowego (TDM).Do oczyszczania TDM jako rozpuszczalnik, stojuje sie metanol zwlaszcza dlatego, ze jest to produkt tani i latwo dostepny, w którym krystalizacja przebiega bez ubocznych zaklócen zwiazanych z reakcja przeestryfiko¬ wania, przy bardzo dobrej rozpuszczalnosci na zimno izomerów czyli izoftalanu dwumetylowego (IDM) i ortofta- lanu dwumetylowego (ODM), podczas gdy TDM rozpuszsza sie trudno i to dopiero w podwyzszonej tempera¬ turze.Oczyszczanie surowego TDM przez krystalizacje prowadzi sie dotychczas metoda okresowa polegajaca na tym, ze surowy TDM zmieszany z metanolem w odpowiednim stosunku ogrzewa sie w naczyniu cisnieniowym do2 81410 temperatury 100°C az do calkowitego rozpuszczenia. Nastepnie odparowuje sie czesc metanolu przez zmniejsze¬ nie cisnienia i w ten sposób obniza temperature roztworu do temperatury wrzenia pod normalnym cisnieniem, po czym przez posrednie chlodzenie woda chlodnicza lub przez odparowanie metanolu pod obnizonym cisnieniem za pomoca pompy strumieniowej, obniza sie temperature do 30—40°C.Znany sposób charakteryzuje sie szeregiem wad. Periodyczny przebieg fazy oczyszczania wymaga stoso¬ wania dosyc duzych zbiorników posrednich, zarówno dla produktu jak i dla rozpuszczalnika, co jest niepozadane ze wzgledu na zwiekszenie kosztów oraz ze wzgledu na bezpieczenstwo pracy zwiazane ze stosowaniem palnej cieczy, jaka jest metanol. Jezeli proces krystalizacji ewentualnie wymaga kilkakrotnego powtórzenia, wówczas dla posrednich stopni krystalizacji konieczne sa kosztowne zbiorniki z mieszadlami, zabezpieczajace zawiesine krysztalów przed osiadaniem.W dotychczasowej metodzie periodycznej zarówno tworzenie zarodków krystalizacji jak równiez wzrastanie krysztalów zachpdzi równoczesnie w sposób niekontrolowany w wyniku redukowania cisnienia w zbiorniku roz¬ tworu metanolowego do cisnienia normalnego, przy czym otrzymuje sie czastki o wielkosci 10—1000 mikronów.Rozdzielenie takiej zawiesiny na mase krystaliczna i lug macierzysty zarówno za pomoca wirówek jak i za pomoca filtrów Jest zawsze trudniejsze niz przeróbka zawiesiny zawierajacej krysztaly o niewielkim rozrzucie wielkosci czastek.Celem wynalazku bylo wyeliminowanie wad znanych sposobów jak i poprawienie ekonomicznosci procesu krystalizacji. Cel ten osiagnieto przez prowadzenie procesu wytwarzania zarodków i procesu wzrastania kryszta¬ lów w oddzielnych urzadzeniach i w odpowiednich warunkach, korzystnych dla tych procesów.Wedlug wynalazku sposób oczyszczania zwiazków chemicznych na drodze krystalizacji zwlaszcza takich jak kwasy benzenokarboksylowe i ich estry jak ester dwumetylowy kwasu tereftalowego polega na tym ze produkt rozpuszcza sie w rozpuszczalniku, zwlaszcza w metanolu i poddaje sie procesowi ciaglej dwustopniowej krystalizacji przy regulacji wytwarzania zarodków, stopnia przesycenia roztworu i wzrostu krysztalów, przy czym pierwszy stopien czyli wytwarzanie zarodków, przesycanie roztworu i wzrost zarodków do okreslonej wielkosci ziarna, zwlaszcza ziarna o przekroju 100 mikronów, prowadzi sie w temperaturze okolo 100—89°C, zwlaszcza w temperaturze 90°C, a aparacie do wytwarzania zarodków, a drugi stopien czyli wzrost krysztalów prowadzi sie w aparacie wzrostu krysztalów w zakresie krystalizacji o malym przesyceniu wzgledny, do okreslo¬ nej wielkosci ziarna zwlaszcza ziarna o przekroju 250—350 mikronów oraz przy umiarkowanej szybkosci obro¬ tów rzedu 10—100 obrotów na minute.W sposobie wedlug wynalazku wytwarzanie i wzrost zarodków prowadzi sie korzystnie w cienkiej wars¬ twie, przy czym róznice temperatur miedzy produktem a czynnikiem chlodzacym oraz wielkoscia powierzchni chlodzacej dobiera sie odpowiednio do uzyskania szybkiego transportu ciepla i masy w pierwszym stopniu ukladu. Wzrostem krysztalów steruje sie przez regulacje ciaglego strumienia roztworu jak i liczby obrotów elementu obrotowego.Korzystnie postepuje sie w ten sposób, ze transport ciepla i masy w obydwu stopniach prowadzi sie odpowiednio do warunków wytwarzania zarodków i wzrostu krysztalów i uzyskania wysokich wartosci wspólczynnika przenoszenia ciepla i masy w pierwszym stopniu procesu jak i dostosowania wielkosci wartosci wspólczynników przenoszenia ciepla i masy oraz czasu wzrostu krysztalów do zadanej wielkosci ziarna, w dru¬ gim stopniu procesu.Korzystne wykonanie sposobu wedlug wynalazku polega na tym, ze przez szybkie przesycenie roztworu roboczego w chlodnicy cienkowarstwowej w temperaturze 100-88°C, a zwlaszcza w temperaturze 90°C, wytwa¬ rza sie zarodki krystalizacji.Dalszy wzrost krysztalów do okreslonej wielkosci ziarna, zwlaszcza ziarna o wielkosci 250—350 mikronów, wykonuje sie nastepnie wedlug wynalazku przy niewielkim wzglednym przesyceniu w zakresie temperatur 90—35 C, prowadzac proces w krystalizatorze zaopatrzonym w mieszadlo skrobakowe, obracajace sie z pred¬ koscia 10—100 obrotów na minute. Polaczone szeregowo krystalizatory chlodzi sie tylko przeponowe Powierz¬ chnie chlodzace chronia stale przed zarastaniem skrobaki obracajacych sie mieszadel. Przez zawracanie lugu macierzystego mozna ewentualnie wywierac dodatni wplyw na wielkosc ziarna i czystosc krysztalów oraz na otrzymanie zawiesiny krysztalów, dobrze nadajacej sie do dalszej przeróbki.Waski rozrzut wielkosci ziarna w krysztale, otrzymanym sposobem wedlug wynalazku, umozliwia ekono¬ miczne dopasowanie wirówek lub filtrów do rozdzielania produktu stalego od przesaczu, co nie tylko usprawnia proces oczyszczania lecz równiez zmniejsza ilosc krysztalów o drobnej granulacji, przechodzacych wraz z przesa¬ czem. Daje to w efekcie odciazenie fazy regeneracji rozpuszczalnika, przy czym regulacja stopnia przesycenia roztworu jak i procesu wytwarzania zarodków i wzrostu krysztalów umozliwia przeprowadzenie krystalizacji sposobem ciaglym w ciagu krótkiego okresu czasu przy uzyciu znacznie mniejszej ilosci aparatury.81410 3 Sposób wedlug wynalazku ilustruje schemat podany na rysunku, gdzie symbole KM oznacza czynnik chlodniczy, KF oznacza odciek z wirówki, a RL oznacza surowy produkt i rozpuszczalnik.Roztwór metanolowy tereftalanu dwumetylowego, zgromadzony w zbiorniku 1, doprowadza sie w punkcie 2 do aparatu 3 do wytwarzania zarodków. W tym stadium krystalizacji reguluje sie ilosc : wielkosc powstajacych zarodków oraz stopien przesycenia roztworu regulujac temperature i czas przebywania roztworu w aparacie tak, aby ziarno krysztalu odplywajace wraz z rozpuszczalnikiem w punkcid 4 mialo okreslona wielkosc, korzystnie okolo 100 mikronów.Bezposrednio z aparatu do wytwarzania zarodków, którym moze byc na przyklad chlodnica rurkowa 3, mieszanina wprowadzana jest w punkcie 5 do aparatu, w którym nastepuje wzrost krysztalów, wykonanego na przyklad w postaci chlodnicy skrobakowej 6. Aparat ten zaopatrzony w plaszcz chlodzacy i mieszadlo skroba- kowe, pracuje w metastabilnym zakresie krystalizacji przy umiarkowanej szybkosci obrotów mieszadla, mieszcza¬ cej sie w zakresie 10—100 obrotów na minute. W zawiesinie, odplywajacej z aparatu w temperaturze 35°C, otrzymuje sie krysztal o okreslonej wielkosci ziarna, korzystnie 250-350 mikronów.Krysztaly oddziela sie od rozpuszczalnika w wirówce 8 i zaleznie od wymaganego stopnia oczyszczania poddaje ponownej krystalizacji w identycznie pracujacym zespole urzadzen, lub traktuje je jako produkt kon¬ cowy.Sposób wedlug wynalazku charakteryzuje sie szeregiem cennych zalet, jak zwiekszeniem wydajnosci w cza¬ sie i przestrzeni, znacznym zmniejszeniem nakladów inwestycyjnych, zmniejszeniem pojemnosci skladowych, potrzebnych dla produktu i rozpuszczalnika, a tym samym w przypadku palnych cieczy na zmniejszeniu niebez¬ pieczenstwa pozaru.W celu uzyskania danych porównawczych wykonano szereg równoleglych prób metoda dotychczas stoso¬ wana oraz sposobem wedlug wynalazku, stosujac przy tym te same warunki wyjsciowe. Roztwór wyjsciowy sporzadzano przez rozpuszczenie 1000 kg TDM w 2800 kg metanolu w temperaturze 100°C, przy czym przy¬ klad I jest przykladem porównawczym podczas gdy przyklad II ilustruje sposób wedlug wynalazku.Przyklad I. Zbiornik posredni o pojemnosci 12 m3 napelniono metanolowym roztworem TDM o tern-, peraturze 100°C. Ze zbiornika tego przelano roztwór do krystalizatora o pojemnosci 8m3, wyposazonego w plaszcz chlodzacy i zainstalowana wewnatrz wezownice o powierzchni chlodzacej 25 m2.Stosujac regulowane rozprezanie fazy parowej, odparowano czesc metanolu, którego pary skroplono w skraplaczu o powierzchni chlodzacej 55 m2, a skroplony metanol 'zebrano w odbieralniku o pojemnosci 1 m3 i zawrócono pózniej do procesu jako ciecz myjaca. Zawiesine zawarta w krystalizatorze ochlodzono dalej za pomoca wewnetrznych wezownic grzejnych od temperatury 65°C do okolo 35°C. Po zakonczeniu krystalizacji przetransportowano cala szarze zawiesiny krysztalów do zbiornika posredniego o pojemnosci 8 m3 skad poda¬ wano ja w sposób ciagly pompa do wirówki. Laczny czas trwania 1 szarzy krystalizacji wynosil przy tym 120-130 minut.Produkt krystalizacji charakteryzowal sie nizej podanymi wlasnosciami: temperature krzepniecia okolo 140,5°C liczbakwasowa okolo 0,24 wskaznik barwy wedlug Hazena okolo 30 ekstynkcje okolo 0,5 fluoresccncje okolo 3 .o, Przyklad II. Roztwór metanolowy TDM, posiadajacy takze temperature okolo 100 C, podawano w stalej ilosci 1900 kg/godzine ze zbiornika 1 o pojemnosci 4 m3 do aparatu 3 do wytwarzania zarodków, w którym w ciagu, kilku sekund zachodzil regulowany proces tworzenia i wzrostu zarodków do ziarna o wielkosci okolo 100 mikronów przy sredniej temperaturze odplywajacej zawiesiny, wynoszacej 90°C.Powierzchnia chlodzaca krystalizatora wynosila 2,5 m2. Zawiesine kierowano nastepnie do aparatu wzros¬ tu krysztalów 6 o powierzchni chlodzacej 25 m2, gdzie w metastabilnym obszarze krystalizacji nastepowal wzrost krysztalów az do osiagniecia ziarna o wielkosci 250—350 mikronów. Zawiesine ochlodzono przy tym tak, aby w chwili opuszczania aparatu miala ona temperature okolo 35°C. Gotowa zawiesine kierowano na¬ stepnie bezposrednio do wirówki, w której rozdzielano ja na faze stala i na przesacz.Czas przebywania jednostki objetosci ciaglego strumienia roztworu w ukladzie wynosil okolo 10 minut.Produkt otrzymany tym sposobem posiadal nastepujace wlasnosci: temperature krzepniecia okolo 140,5°C liczbe kwasowa okolo 0,24 wskaznik barwy wedlug Hazena okolo 30 ekstynkcje okolo 0,5 fluorescencje okolo 34 81410 Próby te wykonywano przez kilka miesiecy, uzyskujac te same wyniki. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób oczyszczania kwasów benzenokarboksylowych i ich etrów na drodze krystalizacji, zwlaszcza takich jak ester dwumetylowy kwasu tereftalowego, znamienny tym, ze produkt rozpuszcza sie w roz¬ puszczalniku, zwlaszcza w metanolu i poddaje sie procesowi ciaglej, dwustopniowej krystalizacji przy regulacji wytwarzania zarodków, stopnia przesycenia roztworu i wzrostu krysztalów, przy czym pierwszy stopien, czyli wytwarzanie zarodków, przesycanie roztworu i wzrost zarodków do okreslonej wielkosci ziarna, zwlaszcza ziarna o wielkosci 100 mikronów, prowadzi sie w temperaturze okolo 100-89°C, zwlaszcza w temperaturze 90°C, w aparacie do wytwarzania zarodków, a drugi stopien czyli wzrost krysztalów, prowadzi sie w aparacie wzrostu krysztalów w zakresie krystalizacji o malym przesyceniu wzgledem, takze do okreslonej wielkosci ziarna, zwlasz¬ cza ziarna o wielkosci 250—350 mikronów oraz przy umiarkowanej szybkosci obrotów, mieszczacej sie w zakre¬ sie 10—100 obrotów na minute.
2. 2. sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze wytwarzanie i wzrost zarodków prowadzi sie w cien¬ kiej warstwie, przy czym róznice temperatur miedzy produktem a czynnikiem chlodzacym oraz wielkosc po¬ wierzchni chlodzacej dobiera sie odpowiednio do uzyskania szybkiego transportu ciepla i masy w pierwszym stopniu ukladu.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze steruje sie wzrostem krysztalów za pomoca regulacji ciaglego strumienia roztworu i liczby obrotów elementu obrotowego.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze transport ciepla i masy w obydwu stopniach ukladu prowadzi sie odpowiednio do warunków wytwarzania zarodków i wzrostu krysztalów i uzyskania wyso¬ kich wartosci wspólczynnika przenoszenia ciepla i masy w pierwszym stopniu procesu jak i dostosowania wiel¬ kosci wartosci wspólczynników przenoszenia ciepla i masy oraz czasu wzrostu krysztalów do zadanej wielkosci ziarna w drugim stopniu procesu. 3RL Prac. Poligraf. UPPRL. Naklad 120 + 18 egz. Cena 10 zl PL