SU257374A1 - Способ непрерывного получения терефталевойкислоты - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к способу получени  терефталевой кислоты, примен емой дл  получени  синтетических волокон, сортность которой соответствует необходимым дл  этой цели качественным показател м.

Известен способ получени  терефталевой кислоты посредством окислени  п-ксилола кислородом при высокой температуре и повышенном давлении, в присутствии уксусной кислоты в качестве растворител  и катализатора , растворимого в уксусной кислоте. Известио также, что полиэфиры, изготовленные из терефталевой кислоты, полученной таким образом но методу непосредственной полимеризации , не удовлетвор ют требовани м в отношении прозрачности и (или) белизны, предъ вл емым дл  применени  в .производстве волокон и пленок.

Дл  устранени  этой трудности предложен косвенный метод, по которому терефталевую кислоту превраш;ают в соответствующее ей диалкильное производное, после чего последнее подвергают очистке, а затем провод т с ним реакцию поликонденсации с гликолем.

Отсюда становитс  очевидным, что пр мой метод полимеризации обладает производственными и экономическими выгодами, в св зи с достигаемым при нем сокращением

числа ступеней. Однако дл  решени  проблемы , св занной с получением терефталевой кислоты высокой степени чистоты по пр мому методу, делались многочисленные предложени  в отношении условий проведени  реакции окислени , метода кристаллизации терефталевой кислоты при выделении ее из жидкой реакционной смеси, метода очистки полученной терефталевой кислоты и т. д.

Дл  получени  терефталевой кислоты, пригодной дл  применени  в процессе полимеризации по пр мому методу, считаетс  необходимым устран ть в достаточно полной степени 40-карбоксибензальдегид, а также другие примеси и загр знени . Однако вли ние примесей и загр знений на прозрачность п (или) белизну полиэфиров, полученных при пр мом методе полимеризации, окончательно еще не вы снено. Например, затруднительно окончательно решить, руководству сь только показателем оптической плотности исходной терефталевой кислоты, имеет ли этот продукт чистоту, достаточную дл  получени  полиэфиров , пригодных дл  производства волокон и пленок.

личных загрузок или партии, то получение одних и тех же результатов далеко не об зательно . Поэтому одной из задач, относ щихс  к данной области,  вл етс  вы снение воироса о получении терефталевой кислоты, оптическа  плотность которой достаточно хороша дл  того, чтобы свидетельствовать о высокой степени чистоты, и котора , в случае превращени  в полиэфиры по методу пр мой полимеризации, обеспечивала бы удовлетворительную прозрачность н (или) белизну . Рещение проблемы затруднительно, поскольку отсутствует полна   сность о причинах неудовлетворительной прозрачности и белизны полиэфиров, их недостаточной чистоты.

При таких обсто тельствах термин «сорт, пригодный дл  изготовлени  волокон, предложен дл  того, чтобы охарактеризовать степень чистоты терефталевой кислоты, котора  удовлетвор ла бы требовани м в отнощенин прозрачности и (или) белизны у полиэфиров, получаемых по методу пр .мой полимеризации . Отмети.м, что такой термин  вл етс  функциональным, так как чистоту в насто щее врем  нельз  выразить каким-либо иным образом. Термин не характеризует количественную степень чистоты, хот  он и пригоден, чтобы показать, будет ли чистота терефталевой кислоты того или иного определенного сорта соответствовать требовани м, предъ вл емым дл  получени  полиэфиров путем пр мой полимеризации.

Следует подразумевать, что термин «сорт высокой чистоты, пригодный дл  изготовлени  волокон, относитс  к образцам терефталевой кислоты, у которой оптическа  плотность не выше, чем 0,04, и которые могут удовлетвор ть упом нутым выше функциональным требовани м .

Найдено, что терефталевую кислоту сорта, пригодного дл  изготовлени  волокон, можно получить по непрерывному процессу, заключающемус  в проведе ии реакции взаимодействи   -ксилола с кислородом или кислородсодержащим газом при высокой температуре и давлепии, с применением уксусной кислоты в качестве среды дл  нроведени  реакции , и отличающемус  тем, что с целью получени  продукта, сортность которого пригодна дл  изготовлени  волокон, п-ксилол, кислород, катализатор и уксусную кислоту подают в зону реакции непрерывно при температуре 200-250°С и при давлении 28--45 атм, причем указанные реагирующие вещества полиостью перемещиваютс , а по завершении процесса образуетс  терефталева  кислота в количестве, не меньшем 95%, а количество кислорода поддерживаетс  на таком уровие, чтобы газы, выход щие из зоны реакции, содержали бы кислород в количестве, не меньшем Зо/о объемных.

Уксусна  кислота добавл етс  к жидкому продуктовому потоку в то врем , когда он имеет температуру по меньшей мере 180°С и содержит самое большее 20 вес. % твердой терефталевой кислоты, причем температура уксусной кислоты поддерживаетс  на уровне меньшем, чем температура жидкого продуктового потока, а объем уксусной кислоты составл ет 0,1-5-кратного по отношению к объему жидкого продуктового потока.

Извлекаетс  терефталева  кислота, полученна  как указано выше; давление при ступен х проведени  процесса поддерживаетс  на уровне, превышающем унругость паров уксусной кислоты.

Термин «полностью перемешанный означает исключение реакций окислени , проводи .мых периодически, далее - исключение .многостадийных , носледовательно проход щих реакций окислени  и прекращение последовательных реакций окислени  поточного типа. Вместе с тем этот термин означает включение зоны реакции, в которой фор.мируетс  реакционна  система, способна  полностью перемешиватьс  и типа, характеризуемого «обратнььм смещением, причем в такой зоне полностью завершаетс  по существу вс  реакци  окислени .

Реакцию провод т предпочтительно лри температуре в пределах 225-245°С при среднем времени пребывани  20-180 мин предпочтительно 40-90 мин. Концентраци  /г-ксилола , подлежащего подаче в зону реакции, составл ет 5-17%.

В качестве газа, содерл ащего кислород, предпочтительно примен ть воздух, а также смеси кислорода с инертным газом, таким как азот и углекислый газ. Полагают, что за счет подачи кислорода в количестве большем , чем это необходимо дл  окислени  /г-ксилола, побочные реакции ингибируютс  вследствие увеличени  концентрации кислорода , нли же загр знени  (главным образом окрашивающие вещества), образующиес  в качестве побочных продуктов, окисл ютс  до бесцветных веществ, или же веществ, которые не внедр тс  -в кристаллы терефталевой кислоты во врем  их осаждени , или побочные продукты превращаютс  в вещества, легко растворимые в растворителе. Предпочтительно , чтобы количество молекул рного кислорода в отход щем газе составл ло 4-HO/Q.

Продолжительность лребыщани  реагентов в пределах зоны реакции составл ет 20- 180 мин, лучше 40-90 мин. Следовательно, извлечение . осуществл тьс  часто и перОМежающимс  образом за небольщие промежутки времени. Термин «непрерывное выделение относитс  также к частому и .перемежающемус  извлечению, т. е. непрерывному .

устранить взрывы и в том случае, когда концентраци  кислорода в отход щем газе превышает 14,5 об. % за счет добавлени  инертного газа.

Катализатором служит, предиочтительно, уксусна  кислота, соль т желого поливалентного металла, например кобальта или марганца , совместно с промотором, таким как соединение брома. Предиочтительно примен ть атомы металла,  вл ющегос  катализатором , в ироиорции 50-1/10 на каждый атом брома. Катализатор примен ют в количестве 0,001-il вес. о/о, лучще в количестве 0,2- 5 вес. %, счита  на жидкую реакционную фазу .

Объем уксусной кислоты, добавл емой к жидкому продуктовому иотоку, составл ет предиочтительно от 0,5- до 4-кратного по отношению к объему жидкого продуктового потока .

Оптические плотности определ ютс  с помощью спектрофотометра при длине волны, составл ющей 380 ммк и применении 10Миллиметровой кварцевой камеры. Раствор пробы готов т путем растворени  3 г терефталевой кислоты в 20 мл 2 н. водного раствора гидрата окиси кали . В качестве эталона дл  сравнени  примен ют водный раствор гидрата окиси кали  той же концентрации.

Пример L В 220-литровый титановый реакционный сосуд цилиндрической формы диаметром в 40 см, снабженный у дна впускным отверстием дл  подачи кислорода или содержащего кислород газа, в боковой части - впускным отверстием дл  подачи исходных материалов - п-ксилола и уксусной кислоты, в верхней части - отверстием дл  отвода отработанного газа и мешалкой внутри сосуда дл  обеспечени  достаточного перемешивани , подают поток смеси, состо щей из п-ксилола и уксусной кислоты {весовое соотношение 1:10). В качестве катализатора подают 0,05% кобальтового ацетата, 0,1э/о магниевого ацетата и 0,05% бромистого аммони  (рассчитанного по общему объему выщеуказанного реакционного раствора), со скоростью 150 л/час в реакционную зону совершенного смешивани . В этой зоне смесь вод ного пара и пара уксусной кислоты, подлежаща  увлечению в отработанном газе, охлаждаетс  и конденсируетс  в конденсаторе , установленном в трубопроводе, соединенном с отверстием дл  отвода отработанного газа, и стекает обратно через второй трубопровод в верхнюю часть реакционного сосуда . Поддержива  давление реакции внутри реакционной зоны на уровне 33 кг/см- и температуру реакции на 230°С, непрерывно подают воздух дл  регулировани  содержани  кислорода в отработанном газе, выход щем из выщеупом нутой реакционной зоны, на 6о/о объема выщеуказанного отработанного газа. При непрерывной подаче смеси и введении воздуха во врем  перемешивани  происходит реакци . Врем  пребывани  смеси в

реакционной зоне 60 мин. Одновременно непрерывно удал ют полученный от реакции раствор в приемник в количестве и со скоростью , завис щей от указанного времени пребывани . Температура полученного от реакции раствора, поступающего в приемник, 220°С. Приемник непрерывно загружают уксусной кислотой при комнатной температуре и при давлении 32 кг/см- со скоростью

150 л/час. Одновременно содержимую в -приемнике жидкость непрерывно удал ют из него с тем, чтобы уровень жидкости в этом сосуде оставалс  посто нным. Всю операцию провод т с таким расчетом, чтобы объем поступающего от реакции раствора приблизительно равн лс  объему поступающей уксусной кислоты.

Поток смеси, выход щей из приемника, направл ют в другой приемник, работающий при

атмосферном давлении, через регулирующий давление клапан. Количество осажденной в полученном от реализации раствора твердой терефталевой кислоты до смешивани  с уксусной кислотой равно 10,2 вес. %.

Основное осаждение кристаллов терефталевой кислоты началось иосле добавлени  уксусной кислоты, и больша  часть кристаллов осаждена до отправлени  смеси в приемник, работающий при атмосферном давлении. Затем осажденные кристаллы терефталевой кислоты отделены центробежным сепаратором и промыты уксусной кислотой дл  получени  белых кристаллов. Выход кристаллов терефталевой кислоты, рассчитанный на основе

веса исходного п-ксилола, равн лс  94 вес. %. В табл. 1 указаны внещний вид, чистота (о/о), содержание альдегидов (вес. %, число Гейзена ) и оптическа  плотность полученной терефталевой кислоты. Полиэтиленовый терефталат , приготовленный из этой терефталевой кислоты, обладает удовлетворительной белизной .

Чистота определена превращением терефталевой кислоты в ее соль бари  п измерением

веса полученной соли: число Гейзена служит указанием цвета 2,5 г образца, растворенного в 100 лгл раствора гидроокиси натри  но методу АРНА. Содержание альдегидов определили пол рографическим анализом количества терефталевой кислоты, растворенной в буферном растворе аммони . Оптическую плотность измерили по вышеописанному методу . Число Гейзена полиэтиленового терефталата измерено следующим образом.

К 33 г (0,2 моль) терефталевой кислоты прибавлены 75 г (1,2 моль гликольэтилена и 10 мг окиси сурьмы. Смесь этерифицируюг нагреванием в течение 4 час при температуре

196°С. Продукт реакции передают в полимеризационный сосуд и избыточный гликольэтилен удал ют дистилл цией. Затем этерифицированный продукт поликонденсируют в течение 1,5 час при температуре 270°С и давлеНИИ 0,5 мм рт. ст. Во врем  поликонденсации

пропускали через раствор поток азотного газа . Цвет расплавленного полиэтиленового тсрефталата измерен путем сравнени  со стандартом АРНА. Считаетс , что терефталева  кислота, из которой приготовл етс  полиэтиленовый терефталат с числом Гейзена не выше 150, удовлетворительного качества и чистоты дл  приготовлени  полиэфирных волокон .

В качестве сравнени  в табл. 1 также показаны данные, полученные от контрольного испытани  1, в котором пор док действи  примера повторен, за исключением того, что реакцию окислени  провод т согласно методу периодической реакции без зоны непрерывной реакции и совершенного смешивани , и

Таблица 1

данные, полученные от контрольного испытани  2, в котором пор док действи  примера, повторен, за исключением того, что реакци  окислени  проведена в двух стади х при нримеиении двух реакционных зон.

Пример 2. При употреблении той же аппаратуры, как в примере 1, в реакционную зону, где совершенное смешивание возможно, начинают подачу смеси п-ксилола и уксусной

кислоты (весовое отношение 1:16) и повтор ют пор док действи  примера 1 за исключением того, что температура, при которой реакци  производилась, отрегулирована на 240°С и температура реакционного продукта

до добавлени  уксусной кислоты при комнатной температуре поддерживалась на уровне 230°С.

В качестве сравнени  продукт кристаллизуют путем добавлени  уксусной кислоты поеле снижени  температуры продукта реакции, подлежащего удалению из реакционной зоны, до 160°С, при тех же услови х, как описано в примере 2 (контрольное испытание 3). Кроме того, пор док действи  примера 2 повторен

за исключением того, что количество прибавленной уксусной кислоты составило Vis часть объема реакционного продукта (другое контрольное испытание 4) и повтор ют пор док действи  примера 2 за исключением того, что

весовое отношение  -ксилола к уксусной кислоте отрегулировано на 1:4 (третье контрольное испытание 5). Результаты показаны в табл. 2.

Таблица 2