專利名稱：交換對苯二酸漿料的分散介質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交換對苯二酸的脂肪族羧酸漿料中的分散介質(zhì)的方法，具體講是涉及通過將脂族酸與水進行交換得到對苯二酸的含水漿料的方法，所述脂族酸是在一種脂肪族羧酸分散介質(zhì)中氧化對-二甲苯得到的對苯二酸的脂肪族羧酸漿料的分散介質(zhì)。
對苯二酸作為聚酯樹脂等的原料是非常有用的，它通常是在一種脂肪族羧酸溶劑中(如醋酸)氧化對二甲苯而制備的，并從反應裝置中以脂肪族羧酸的漿料的形式得到。對苯二酸不溶于水、醇、醚、氯仿和醋酸等溶劑中，并在加熱到300℃時不經(jīng)熔融而升華，所以，利用慣用的重結(jié)晶或真空蒸餾的方法很難從反應裝置排出的脂肪族羧酸的對苯二酸漿料中得到高純度的對苯二酸。
因此，在純化對苯二酸時曾經(jīng)使用一種方法先將對苯二酸的粗結(jié)晶從反應裝置中得到的對苯二酸的脂肪族羧酸漿料中分離出來，將其分散于水中，得到對苯二酸的含水漿料，然后氫化(如使之與氫氣接觸)該含水漿料，以改善其中雜質(zhì)的溶解度，使之溶于溶劑中而除去。在這種純化方法的步驟中，由于對苯二酸的粗結(jié)晶是以細粉的形式存在并具有很低的過濾效率，很難應用過濾的方法進行分離，因此，通常采用像離心分離這樣的分離方法。
然而，使用離心分離裝置從對苯二酸的脂肪族羧酸的漿料中有效地分離粗結(jié)晶，必須至少進行2次或3次離心，其至更多次，而且從離心分離法所得到的粗結(jié)晶必須干燥到有可能使對苯二酸的結(jié)晶粉碎成粉狀。因此，需要一個多級的離心裝置、一個干燥裝置和一個貯藏上述顆粒的儲存器，這樣，生產(chǎn)成本中設(shè)備成本的比率就變得很高。而且進而產(chǎn)生一個問題即上述結(jié)晶的分離方法是非常麻煩的。同樣，當將粗結(jié)晶形式的對苯二酸分散于水中制備其含水漿料時也會產(chǎn)生一個問題，即像高速攪拌粗結(jié)晶和水的混合物以制取其含水漿料也是非常麻煩的。
日本未經(jīng)審定的專利公開(KoKai)號57-53431公開了一種洗滌的方法，其主要特征在于在一個裝有多孔分配板的多級洗滌塔中洗滌對苯二酸粗產(chǎn)物。這個洗滌過程是這樣進行的，將一種在含水母液中的對苯二酸漿料從多級洗滌塔的頂部引入和將水從其底部引入，使兩者之間，發(fā)生逆流接觸，使得對苯二酸的顆粒被洗滌并被沉積。組成對苯二酸漿料的分散介質(zhì)和洗滌溶劑兩者可以是同樣的液體，如水，雖然兩者在純度上會存在一些不同。
因此，本發(fā)明的目的是要消除現(xiàn)有技術(shù)中的上述指出的問題和提供一種通過將組成對苯二酸的脂肪族羧酸漿料的分散介質(zhì)-脂肪族羧酸交換為水以得到對苯二酸顆粒的含水漿料的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種方法，其中通過將組成對苯二酸的脂肪族羧酸的漿料的脂肪族羧酸交換能得到一種對苯二酸的含水漿料，而且可用多級洗滌塔將組成脂肪族羧酸漿料的脂肪族羧酸，如乙酸，以高濃度回收。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將從以下的說明中表明。
按照本發(fā)明，提供了一個交換對苯二酸漿料中的分散介質(zhì)的方法，它包含將對苯二酸的脂肪族羧酸漿料引導入一個多級洗滌塔的上部，將水引導入該塔的下部使之在多級洗滌塔中引成一個向上流動的水流，同時產(chǎn)生對苯二酸顆粒的沉積，從多級洗滌塔的上部回收脂肪族羧酸水溶液和從該塔的下部回收對苯二酸的含水漿料。
本發(fā)明將從參照以下的附

圖1的說明中更好地理解，它圖示地說明了對苯二酸的制備步驟的一個例子，包括按照本發(fā)明的對苯二酸漿料的分散介質(zhì)的交換方法的步驟。
按照本發(fā)明的對苯二酸漿料的分散介質(zhì)的交換方法，通過使用一個多級洗滌塔，將對苯二酸的脂肪族羧酸的漿料引導入多級洗滌塔的上部，將水引導入該塔的下部使之在多級洗滌塔中形成一個向上流動的水流，并使對苯二酸顆粒從溶液中沉積。這樣，脂肪族羧酸含量低的對苯二酸的含水漿液能夠從多級洗滌塔的底部回收，不需將對苯二酸顆粒從對苯二酸的脂肪族羧酸漿料中分離出就可以很容易地制備對苯二酸的含水漿液。
因此，使用本發(fā)明的分散介質(zhì)的交換方法，當對苯二酸分散在一種液體中時，不需經(jīng)過分離，例如離心分離，即可對其進行處理而得到對苯二酸的含水漿液。這樣就不需進行復雜的操作，例如將對苯二酸的顆粒先從脂肪族羧酸漿料中分離出來，再將之分散于水中，因而，所需要的設(shè)備的量可以大為減少。
再者，脂肪族羧酸的水溶液可以從多級洗滌塔的上部得到，從脂肪族羧酸的水溶液中除去水后所得到的溶劑可以作為對-二甲苯氧化反應時的反應溶劑的一部份循環(huán)使用。
本發(fā)明的交換對苯二酸的分散介質(zhì)的方法詳述于下。
圖1表示了對苯二酸生產(chǎn)的制備步驟的一個例子，包括交換本發(fā)明的對苯二酸漿料的分散介質(zhì)的步驟。
在圖1中，對-二甲苯和一種脂肪族羧酸通過進料管2被引導入反應裝置1。反應裝置1裝填有鈷、錳和溴化物催化劑，一種重金屬催化劑或一種含氧的貴金屬催化劑。
對苯二酸能在上述催化劑存在下使對-二甲苯與氧氣接觸(通常用空氣)而產(chǎn)生。這個反應通常在反應溫度為100℃至240℃、反應壓力為5至60大氣壓下進行。在反應時，可任意加入醛等作為反應的促進劑。
在這樣的氧化對-二甲苯方法中、可以得到對苯二酸的脂肪族羧酸的漿料。這樣的對苯二酸的脂肪族羧酸的漿料通常含有5%至50%(重量)的顆粒狀的對苯二酸、50%至95%(重量)的脂肪族羧酸和15%(重量)或更少些的水。
在上述的對-二甲苯的氧化反應生產(chǎn)對苯二酸中，可以用作反應溶劑脂肪族羧酸的例子是乙酸、丙酸、正-丁酸、異丁酸、正戊酸、三甲基乙酸、己酸和這些脂肪酸與水的混合物。它們可以單獨或以其任何組合使用。因此，在本發(fā)明的分散介質(zhì)交換的方法中使用的對苯二酸的漿料是一種含有上述的脂肪族羧酸作為分散介質(zhì)的漿料。除了上述指出的脂肪族羧酸外，被使用于本發(fā)明的漿料還可以含有其他的成分，如催化。特別是由于對-二甲苯的氧化反應適于在醋酸中進行，在本發(fā)明 通常使用對苯二酸的醋酸漿料。
在本發(fā)明中，雖然上述形成的對苯二酸的脂肪族羧酸漿料能直接引入多級洗滌塔中，但最好先使之進入一個脫氣容器4以除去包含在漿料中的空氣等。另外，將漿料導入脫氧容器4還可以得到其他好處，因為導入多級洗滌塔的漿料的量可以更容易地被控制。
脫氣容器4和多級洗滌塔6是通過管路5連接的。
在本發(fā)明中，將對苯二酸的脂肪族羧酸的漿料在導入脫氣容器4之后(或未經(jīng)導入容器4)，通過管5導入多級洗滌塔的上部，同時將水從多級洗滌塔6的下部導入。
用于本發(fā)明的多級洗滌塔基本上具有一個有底的圓筒的形狀，在多級洗滌塔的上部裝有一個脂肪族羧酸漿料的導入口8，并與管5連接以導入對苯二酸的脂肪族羧酸漿料，還裝有一個脂肪族羧酸水溶液的出料口9，用以分離出脂肪族羧酸水溶液。此外，在此多級洗滌塔的底部裝有一個水的導入口10和一個含水漿料的出料口11。脂肪族羧酸水溶液出料口9通常裝得高于脂肪族羧酸漿料導入口8，以減少在脂肪族羧酸水溶液回收液中的對苯二酸顆粒的量。含水漿料的出料口11通常裝得低于水的導入口10。
在多級洗滌塔6中至少裝有一塊分配板，它將多級洗滌塔至少分為二個直立的級層，以便使對苯二酸的顆粒能夠從多級洗滌塔的上部沉積下來，而水也能從多級洗滌塔的下部流向塔的上部。在本發(fā)明中，多級洗滌塔6的級數(shù)可以根據(jù)導入的對苯二酸的脂肪族羧酸漿料的量和從多級洗滌塔的下部回收的對苯二酸含水漿料中含有的脂肪族羧酸的量來決定。例如，當對苯二酸的含水漿料中脂肪族羧酸的濃度為10%(重量)或更少時，通常使用5級或更多級層的多級洗滌塔。此分配板可以控制對苯二酸顆粒的降落速度或水流的向上流動的上升速度。在圖中，多級洗滌塔6用12a至12g7個分配板分為7個級層。
各個分配板可以根據(jù)多級洗滌塔中級層的數(shù)目和對苯二酸的脂肪族羧酸漿料的導入速度來配置，但優(yōu)選的配置是每層的間隔至少為10厘米。如果分配板之間的間隔小于10厘米，那么在該含水漿液中的脂肪族羧酸的濃度將會高到所不希望的程度。
在本發(fā)明中，除這些分配板之外，還有以低速轉(zhuǎn)動的刮板13a至13g配合使用。這些刮板13a-13g是連接在一個由轉(zhuǎn)動裝置17帶動的以例如0.5至20轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸16上。
這些分配板和刮板可以帶有若干能使對苯二酸的顆粒通過的小通孔，用以控制對苯二酸顆粒的沉積速度。
在本發(fā)明中，脂肪族羧酸漿料從上述裝在多級洗滌塔6上部的脂肪族羧酸導入口8中加入，水從所說的多級洗滌塔6底部的水導入口10通入。從水導入口10進入的水在多級洗滌塔6內(nèi)部形成了一股向上流動的水流而對苯二酸顆粒在多級洗滌塔內(nèi)沉降。同時，脂肪族羧酸也在多級洗滌塔6中向下擴散，但脂肪族羧酸的濃度隨著在多級洗滌塔中酸的下降越來越低，這樣，在多級洗滌塔6的下部脂肪族羧酸的濃度是非常低的。
較為特征的，對苯二酸顆粒的比重大約為1.5克/厘米8，并可以重力自然沉降。特別的，在本發(fā)明中使用對苯二酸的脂肪族羧酸的漿料，對苯二酸可以有效地沉降，其中至少90%(重量)的對苯二酸顆粒大小從5至600μm，優(yōu)選的是從20至300μm。也就是說，如果脂肪酸漿料中含有大量的更小的對苯二酸顆粒，那么對苯二酸顆粒的沉降速度將會太慢，而這樣，從多級洗滌塔的上部回收的脂肪族羧酸水溶液中對苯二酸顆粒的量將會增加。另一方面，當含有大量的更大顆粒的粒子時，沉降速度太快，這樣脂肪族羧酸將會含有沉降的對苯二酸的顆粒，并且在所得到的對苯二酸的含水漿液中脂肪酸的濃度將會變得更高。
在本發(fā)明中，為了形成一股向上流動的水流所用水的量需相當于多級洗滌塔中沉積的對苯二酸的重量的0.01至5倍，更具體地講，由于通常使用具有高的高度/直徑(L/D)比的多級洗滌塔，理論上有可能以增加少量水的方式形成近似于活塞流的一種向上流動的水流，由于這樣向上流動的水流，使得脂肪族羧酸不能夠到達多級洗滌塔的下部。實際上仍然有少量的脂肪族羧酸將和沉降的對苯二酸顆粒一起到達多級洗滌塔的下部，因此，該向上流動的水流應含有一定量的水以防止這種現(xiàn)象。然而，如果水量太高，從出料口9放出的脂肪族羧酸的水溶液中回收的脂肪酸溶液將具有比較低的濃度，固之，當將該脂肪族羧酸的水溶液作為對苯二酸的反應溶劑重新使用時，除去水的操作成本將會增加。因此，優(yōu)選的在多級洗滌塔中沉積的對苯二酸顆粒的重量和形成向上流動的水流的重量作如上的指定。
向上流動的水流的流速在脂肪族羧酸水溶液出料口9附近理想的是2×10-2米/秒或略低，優(yōu)選的是2×10-4至5×10-3米/秒。如果這部位的流速太高，則大量的對苯二酸的顆粒會混在出料口9的脂肪族羧酸水溶液中流出。在本發(fā)明的方法中，在分配板附近理想的流速是1×10-2米/秒或更低，優(yōu)選的是1×10-4或3×10-3米/秒。在各個部位的流速能夠通過(例如)改變分配板的數(shù)目和形狀的方法來控制。
在具有如上所述的向上流動的水流的多級洗滌塔6中對苯二酸顆粒的沉降使得在多級洗滌塔的下部形成了對苯二酸的含水漿料。所述對苯二酸的含水漿料能夠通過含水漿料出料口11回收。
按照本發(fā)明的分散介質(zhì)交換的方法，所得到的對苯二酸的含水漿料中脂肪族羧酸的濃度通常為10%(重量)或更少，再者，還可以通過適當?shù)嘏渲枚嗉壪礈焖屑墝拥臄?shù)目和調(diào)整多級洗滌塔的高度的方法使得上述含水漿料中的脂肪族羧酸的濃度達到1%(重量)或更少。
按本發(fā)明的方法所得到的對苯二酸的含水漿料通過排料管14導引到下一步工序。例如，該漿料可以導入一個氫化反應裝置，對含水漿料中的雜質(zhì)進行選擇性氫化反應，以增進雜質(zhì)的溶解度，再將其溶解于溶劑中而除去，以這樣的方法能生產(chǎn)很高純度的對苯二酸。
本發(fā)明所得到的對苯二酸的含水漿料含有低濃度的脂肪族羧酸，因之，進行后續(xù)的工序時就無需專門分離脂肪族羧酸，因此在分散介質(zhì)交換中脂肪族羧酸的損失量是很小的。即使直接將這樣的含水漿料用于后一步驟，對后一步驟的設(shè)備也幾乎不會產(chǎn)生腐蝕作用。
另一方面，從多級洗滌塔6上部的脂肪羧酸的水溶液出料口9能夠得到被形成向上流動的液流的水所稀釋了的脂肪族羧酸。此脂肪族羧酸水溶液在從其中除去水之后，在以對-二甲苯的氧化反應生產(chǎn)對苯二酸時，能夠作為一部分反應溶劑重新使用。
按照本發(fā)明的對苯二酸漿料的分散介質(zhì)交換方法，對苯二酸的脂肪族羧酸的漿料被導入多級洗滌塔的上部，同時將水從該塔的下部引入，使之在多級洗滌塔中形成一股向上流動的水流，并使對苯二酸顆粒發(fā)生沉積，這樣在該多級洗滌塔的底部能形成具有很低的脂肪族羧酸含量的對苯二酸的含水漿料，然后放出該漿料，這樣，從脂肪族羧酸漿料能夠很容易地產(chǎn)生對苯二酸的含水漿料。
因此，應用本發(fā)明的分散介質(zhì)交換的方法，無需分離(例如用離心操作)對苯二酸的粉末就能夠得到一種對苯二酸的含水漿料。這樣，能夠省去為了分離對苯二酸的顆粒通常所需的麻煩操作和分離裝置。
再者，按照本發(fā)明，對苯二酸的含水漿料能直接從對苯二酸的脂肪族羧酸漿料得到，因之，在制備對苯二酸的含水漿料時，就無需去分離對苯二酸的顆?；?qū)⒋祟w粒分散于水中。
還有，從多級洗滌塔的上部可以得到具有低含水量的脂肪族羧酸的水溶液，如果從該脂肪族羧酸水溶液中除去水，在對-二甲苯的氧化反應中，該剩留的溶劑可作為反應溶劑的一部分循環(huán)使用。
本發(fā)明現(xiàn)在將以如下的實施例進一步說明，但并不局限于此。
實施例1反應裝置1，脫氣容器4和多級洗滌塔6如圖1所示安裝。
20塊分配板以20厘米的間隔安裝于該多級洗滌塔中，20個刮板也同樣安裝于其中。刮板以1轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動，一個攪拌漿片裝在用于驅(qū)動刮板的轉(zhuǎn)動軸的末端使之可沿著多級洗滌塔的底部的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動。
從上述反應裝置1的進料管2導入對-二甲苯和醋酸，在醋酸鈷、醋酸錳和四溴乙烷等催化劑存在下，在醋酸溶劑中以對-二甲苯為原料進行空氣氧化來制備對苯二酸。
此時的反應條件如下;
反應溫度190℃反應壓力(表壓)14大氣壓將該對苯二酸的醋酸漿料從反應裝置1中放出，并導入脫氣容器4，進行脫氣5分鐘。
接下來將該對苯二酸的醋酸漿料從脫氣容器4以每小時925千克的流量導入多級洗滌塔6中，同時從多級洗滌塔6的下部通入766千克/小時的水。向上流動的水流在分配板附近的流速是7×10-4米/秒。
上述對苯二酸的醋酸漿料和水的溫度是190℃。該醋酸漿料含有粒度范圍在20至300微米的97%(重量)的對苯二酸顆粒。該醋酸漿料的組成示之如下對苯二酸的醋酸漿料的組成對苯二酸顆粒27.6份(重量)醋酸67.1份(重量)水5.3份(重量)當將上述對苯二酸的醋酸漿料和水導入的同時，將醋酸水溶液從裝在多級洗滌塔上部的脂肪族羧酸水溶液導出口9以每小時713千克的流量排出，含水漿料以每小時978公斤的量從裝在下部的含水漿料排料口11回收。在塔的頂部水的流速是6×10-3米/秒。
所得到的醋酸水溶液和含水漿料的組成如下;
醋酸水溶液的組成對苯二酸顆粒1.9份(重量)醋酸87.0份(重量)水11.1份(重量)對苯二酸的含水漿料的組成對苯二酸顆粒24.7份(重量)醋酸0.03份(重量)水75.27份(重量)如上所示，應用本發(fā)明的分散介質(zhì)交換的方法，無需從對苯二酸的醋酸漿料中分離出對苯二酸顆粒，通過交換構(gòu)成此漿料的分散介質(zhì)即可以得到一種基本上不含有醋酸的對苯二酸的含水漿料。再者，從多級洗滌塔的上部可以回收具有低含水量的醋酸水溶液，該醋酸水溶液在除去水后，在對-二甲苯的氧化反應中，可以作為反應溶劑有效地重新使用。
權(quán)利要求
1.一種交換對苯二酸漿料中的分散介質(zhì)的方法，它包括將對苯二酸的脂肪族羧酸漿料導入一個多級洗滌塔的上部，將水導入該塔的下部，使在多級洗滌塔內(nèi)形成一個向上流動的水流，同時產(chǎn)生對苯二酸顆粒的沉積作用，并從多級洗滌塔的上部回收脂肪族羧酸水溶液和從多級洗滌塔的下部回收對苯二酸的含水漿料。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中，在脂肪族羧酸漿料中的對苯二酸顆粒至少有90%(重量)粒度為5至600微米。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中對苯二酸的脂肪族羧酸漿料含有5%至50%(重量)顆粒狀的對苯二酸、50%至95%(重量)脂肪族羧酸和15%(重量)或更少些的水。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中脂肪族羧酸是選自醋酸、丙酸、正丁酸、異丁酸、正戊酸、三甲基醋酸和己酸中的至少一種酸。
5.按權(quán)利要求1的方法，其中向上流動的水的量相當于在上述多級洗滌塔中沉積的對苯二酸顆粒的重量的0.01至5倍。
全文摘要
一種交換對苯二酸漿料中的分散介質(zhì)的方法，其特征為將對苯二酸的脂肪族羧酸漿料導入一個多級洗滌塔的上部，將水導入該塔的下部使得在多級洗滌塔的內(nèi)部形成一個向上流動的水流，同時產(chǎn)生對苯二酸顆粒的沉積作用，并從多級洗滌塔的上部回收脂肪族羧酸的水溶液和從多級洗滌塔的下部回收對苯二酸的含水漿料。
文檔編號C07C51/48GK1033619SQ8810871
公開日1989年7月5日 申請日期1988年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月17日
發(fā)明者山本良一, 鈴木弘 申請人:三井石油化學工業(yè)株式會社