控制對苯二酸質量的方法
2023-09-16 18:51:00
專利名稱：控制對苯二酸質量的方法
技術領域：
本發明涉及控制對苯二酸質量的方法。更具體的說，本發明涉及在對苯二酸生產步驟中控制對苯二酸質量的方法。
有幾種對苯二酸的生產方法，而近年來其一種主要傾向是採用液相氧化p-對二甲苯的生產方法。
在這種方法中，反應器裡的淤漿是處於對苯二酸晶體懸浮在乙酸溶液裡的狀態。該乙酸溶液是通過將一種含有溴或一種諸如錳或鈷的重金屬催化劑溶解在一種溶劑裡來製備的。然後將原料p-對二甲苯，或將含有分子氧的氣體，例如空氣連續加入反應器用以氧化p-對二甲苯，從而形成對苯二酸。
在這個方法中，大部分對苯二酸作為晶體沉澱在乙酸溶劑裡。結果是形成了對苯二酸淤漿。
形成的對苯二酸淤漿被連續從反應器裡排出，然後經過將要描述的後處理(結晶步驟、分離/水洗步驟、乾燥步驟等)，則形成了作為產品的粉狀的對苯二酸。
在對苯二酸裡所含的4-羧基苯甲醛(下文稱之為「4CBA」)的濃度是決定對苯二酸質量的重要因素之一。
4CBA的濃度受反應條件，例如反應溫度、壓力、含分子氧氣體的量、原料的供應量和保留時間的影響。在傳統的技術中，4CBA的濃度一直是通過直接測量在對苯二酸裡的4CBA的濃度、並且在測量結果的基礎上基調節反應條件從而使之落在要求的範圍內來控制的。
然而對苯二酸淤漿是一種在高溫和高壓下的酸性淤漿。因此為了測量4CBA的濃度進行取樣是困難的。由於這個原因，傳統的技術只有一種方法從已經在氧化反應之後經過沉澱和洗滌的對苯二酸部分中取樣。
另外，在對苯二酸裡所含4CBA的濃度通過使用液體色譜儀來測量，而這種測量要花40分鐘或更多的時間。所以通過取樣所得到的分析結果只表明在幾小時之前在反應器內對苯二酸淤漿的狀態，並不表示所要求的在反應器內對苯二酸淤漿的目前狀態。
這樣，為了得到控制在對苯二酸中所含4CBA的濃度使之落在要求的範圍內之後的分析結果，傳統的技術要求至少幾小時。
為了穩定反應器的內容物，可能需要幾十小時，而在某些情況下需要一天或更多。
此外，如果有非操作的幹擾，為了穩定反應器的內容物需要更多的時間，恐怕有可能得不到具有所要求的質量的作為產品的對苯二酸。
即使取樣是在氧化反應器中進行、或在緊接對苯二酸的生產階段的在線反應器部位進行，並且4CBA的濃度從試樣中測量，測量時間也不能縮短。因此只能掌握30～60分鐘前在反應器內的對苯二酸淤漿的狀態，而及時控制反應條件卻辦不到。
本發明是為了克服現有技術裡的上述缺點，因此本發明的目的是提供一種控制對苯二酸質量的方法，通過在獲得作為產品的對苯二酸之前的短時間內掌握在對苯二酸中所含4CBA的濃度，從而有可能以這個濃度為基礎及時控制反應條件，使得獲得具有穩定質量的對苯二酸成為可能。
本發明人已經注意到一種迅速反映反應器狀態、並且易於進行從反應器內的對苯二酸淤漿取樣檢驗的廢氣。作為擴展研究的結果，已經發現在COx濃度(該濃度測量可以容易地進行)和4CBA的濃度之間，有一種恆定的關係。
作為結果，則是創立了一種方法，能夠通過以這種關係為基礎測量COx濃度來預測4CBA濃度並且還能控制產品的質量。
也就是說，根據本發明在其生產步驟裡的這種控制對苯二酸質量的方法包括測量從裝有生產對苯二酸所必需的原料的氧化反應器內排出的反應廢氣裡的非凝結成分中所含COx的濃度；以這個測量到的COx的濃度為基礎預測在產品中4CBA的濃度；調節反應條件以便將4CBA的預測濃度值保持在預定的範圍內。
這裡使用的術語「反應條件」是指影響4CBA濃度的因素，例如反應溫度、壓力、含分子氧氣體的量、原料的供應量和保留時間。
COx是指一氧化碳或二氧化碳。Cox的量一般是指它們的總量，但可以用二氧化碳的總量代替之。
作為要調節的反應條件，至少可以改變反應溫度。
作為要調節的反應條件，至少也可以改變反應溫度和氧化催化劑的供料速度。
例如，下列方程式對於要使用的4CBA的預測濃度是合適的，式中在反應廢氣裡非凝結成分中所含COx的測量值是可變化的(參數)。
y＝a.x+b其中 y在對苯二酸中4CBA的濃度(重量％)a回歸係數x在反應廢氣裡非凝結成分中所含CO2的濃度(體積％)b回歸常數本發明目的根據下文結合附圖的詳細描述將變得更清晰，其中
圖1是表示用於解釋根據本發明的控制對苯二酸質量的方法的對苯二酸生產線的原理圖；和圖2表示在用於質量控制所必需的計算機上的各種方法。
下文將結合附圖以實施例為基礎詳細描述根據本發明的控制對苯二酸質量的方法。
對苯二酸的生產步驟和在生產步驟中控制對苯二酸質量的方法通過參考圖1和圖2來解釋。
《對苯二酸的生產步驟的概要(見圖1)》通過氧化反應沉澱為呈淤漿狀態的對苯二酸是經過結晶步驟、分離/水洗步驟、乾燥步從而形成其乾粉狀的產品形式。有一些沒有列舉的步驟在本處的說明中省略了。
《在對苯二酸的生產步驟中控制對苯二酸質量的方法(見圖1和圖2)》從氧化反應器排出的反應廢氣在凝結之後，反應廢氣路線1設置了一個COx濃度探測器2，它自動地探測在反應廢氣裡非凝結成分中所含一氧化碳或二氧化碳(下文用一統稱稱之為「COx」)的濃度。在氧化步驟中的COx濃度通過COx濃度探測器2來探測。COx濃度探測器2包括，例如遠紅外線氣體分析儀或氣體色譜儀。通常COx濃度探測器2自動地、連續地測量COx濃度。
COx濃度探測器與一計算機3相連接。
計算機3設置了4CBA的濃度預測裝置4，用於判斷由4CBA濃度預測裝置4所預測的4CBA濃度是否在合適的預定範圍內的判斷裝置5，和用於基於由判斷裝置5的判斷結果來控制反應條件的控制裝置。
4CBA的濃度是由預測裝置4在氧化步驟中以測定的COx濃度為基礎來預測的。在這個實施例中，COx是一氧化碳、二氧化碳。此外，預測裝置4裝有儲存4CBA的濃度與二氧化碳濃度之間的關聯方程的ROM(只讀存儲器)7。
儲存在ROM7裡的相關方程是通過基於測量值的統計技術建立的，包括，例如由一個線性表達式表示的下列方程y＝a.x+b(1)其中 y；在對苯二酸中4CBA的濃度(重量％)a；回歸係數x；在反應廢氣裡非凝結成分中所含COx的濃度(體積％)b；回歸常數當y是可變目標值而x是可變預測值時回歸分析一般包括線性回歸分析、多階回歸分析，和多項式固化分析。此外，當階數增加時回歸方程的精確度也增加。
比數值(specific numeral valuis)被加到方程(1)中。
回歸係數(a)和回歸常數(b)分別通過實測CO2和4CBA的濃度獲得，例如，分別為-0.5和1.1。有時候，在這種情形中參數(n)和相關函數(r)分別是200和0.92。
考慮到這些情形，方程式(1)表示為以下的方程式(1』)y＝-0.5.x+1.1 (1』)從參數(n)和相關函數(r)，能明白地理解在對苯二酸裡的4CBA的濃度與二氧化碳之間有存在一種關聯。換言之，存在一種負關聯的關係，如果一邊的濃度曾加，另一邊的濃度減少。
應該注意，回歸係數(a)和回歸常數(b)根據對苯二酸的生產量的不同而變化。所以，在方程中的回歸係數和回歸常數隨每一個選擇的對苯二酸的產量而不同，優選將要求的數值輸入到根據對苯二酸的生產量的操作表達式裡。
再有，實測值根據每天的測量條件而變化。所以上述方程(1)不總適用於所有的情形。不過，假定是相同的條件，如果x的值被找到了，即如果知道。了二氧化碳的濃度，4CBA的濃度必定能夠通過上述方程計算出來。
所以，操作表達式，例如方程(1)所示，是預先確定的，並且該操作表達式是作為如圖2所示那樣在一個計算機上實施的預測裝置4被提供的。
如果將二氧化碳的測量濃度應用於方程(1)中，馬上得到4CBA的濃度。判斷裝置5判斷所得到的4CBA濃度值對於對苯二酸是否保持在合適的範圍(預定範圍)內。
在這種情況下，如果測量結果在預定範圍之外，反應條件，例如反應溫度、壓力、含分子氧氣體的量、原料的供應量和保留時間通過控制裝置6進行控制。通過這樣一種控制，對苯二酸的質量能夠總是被控制在優選的狀態內。
有時候，作為在對苯二酸生產中控制4CBA的濃度的下述方法一般是已知的。
通過氧化反應條件的控制包括，例如，調節反應器內的溫度、壓力、催化劑濃度、保持時間、乙酸溶液(溶劑)的濃度、和加入的含分子氧氣體的量。按照傳統技術，不可能實時地掌握在反應器內4CBA的濃度，因而各個反應條件是根據經驗改變和調節的。已經發現，由於實時地計算出4CBA的濃度，至少用反應溫度來控制4CBA濃度在標準範圍內變化(後者是確定對苯二酸質量的重要因素)是更可取的，並且通過判斷反應溫度和催化劑濃度也能夠獲得具有良好響應的控制。還發現調節在反應器內催化劑的濃度，改變催化劑的供入速度是有利的。
根據上述控制對苯二酸質量的方法，能夠探測從反應器內排出的反應廢氣裡非凝結成分中所含CO2的量；以這個測量到的CO2的量為基礎預測在產品中4CBA的濃度，並且調節反應條件以便將4CBA的預測濃度值保持在預定的範圍內。所以，如果預測到CO2，則能夠發現在對苯二酸中所含4CBA的濃度。如果這個4CBA的濃度不在製造商想要的預定範圍內，能夠調節反應條件以維持該濃度在預定範圍內。其結果是對苯二酸的質量能夠保持在優選的狀態。
此外，由於CO2濃度的探測能夠很容易的進行，反應條件的調節也能夠及時地進行。
有時候，如果需要或必要，可以採用傳統的進程平均方法(moving averagemethod)的操作處理。
權利要求
1.在涉及氧化反應的對苯二酸的生產步驟中控制對苯二酸質量的方法，其中包括探測在從生產對苯二酸的反應器的氧化反應器內排出的反應廢氣裡非凝結成分中所含COx的量；以這個探測到的COx的量為基礎預測在產品中4-羧基苯甲醛的濃度；並調節反應條件以便將4-羧基苯甲醛的預測濃度值保持在預定的範圍內。
2.如權利要求1所述的控制對苯二酸質量的方法，其中所述COx是一氧化碳或二氧化碳。
3.如權利要求1所述的控制對苯二酸質量的方法，其中在被調節的反應條件中至少改變反應溫度。
4.如權利要求1所述的控制對苯二酸質量的方法，其中在被調節的反應條件中至少改變反應溫度和氧化反應催化劑的供料速度。
5.如權利要求1所述的控制對苯二酸質量的方法，其中下列相關方程式用於預測4CBA的濃度，在該方程式裡在反應廢氣裡非凝結成分中所含CO2的測量值是用於預測4CBA的濃度y＝a.x+b其中 y4-羧基苯甲醛(4CBA)的濃度(重量％)a回歸係數x在反應廢氣裡非凝結成分中所含CO2的濃度(體積％)b回歸常數。
全文摘要
一種控制對苯二酸質量的方法,包括:探測從用於生產對苯二酸的反應器的裝有必需的原料的反應器內排出的反應廢氣裡非凝結成分中所含CO
文檔編號C07C51/265GK1196349SQ9810702
公開日1998年10月21日 申請日期1998年2月12日 優先權日1997年2月12日
發明者宮田晴夫, 岡田康彥, 村上哲, 谷口憲生 申請人:三井化學株式會社