分散介質置換方法

2023-11-30 22:04:41 1

專利名稱：分散介質置換方法
技術領域：
本發明涉及將含有第一分散介質和對苯二甲酸晶體的原漿中的第一分 散介質置換成第二分散介質的方法。更具體地說，涉及將通過液相氧化反應 得到的或者通過粗對苯二甲酸的催化氫化處理或再結晶處理得到的、雜質多 的含有第一分散介質和對苯二甲酸晶體的原漿中的第一分散介質高效地置 換成第二分散介質的分散介質置換方法，該方法適合於高純度對苯二甲酸的
帝u備。
背景技術：
對苯二甲酸是通過以對二甲苯為代表的對垸基苯等的對亞苯基化合物 的液相氧化反應而製得的。通常使用乙酸作為溶劑，在鈷、錳等的催化劑的 存在下或者在該催化劑與溴化物、乙醛等的促進劑的存在下，通過將對亞苯 基化合物進行液相氧化得到粗對苯二甲酸，然後將粗對苯二甲酸精製，得到 高純度對苯二甲酸。
但是，該反應將乙酸作為溶劑，反應生成物中含有4-羧基苯甲醛 (4CBA)、對甲基苯甲酸(p-TOL)等的雜質，因此為了得到高純度的對苯 二甲酸，需要相當高效的精製技術。
作為將通過上述反應得到的粗對苯二甲酸進行精製的方法已經公開了 如下各種方法將粗對苯二甲酸在高溫、高壓下溶解在乙酸、水、乙酸/水的 混合溶劑等中，進行催化氫化處理、脫羰處理、氧化處理、再結晶處理的方 法，或者將對苯二甲酸晶體部分溶解的分散體進行高溫浸漬處理的方法等。
在通過液相氧化反應進行的粗對苯二甲酸的製備或其精製中，任何一種 情況下最終都需要將對苯二甲酸晶體從漿料中分離的操作。在液相氧化反應生成液的分散介質(第一分散介質)為乙酸、精製中使用的溶劑(第二分散 介質)為水等的與第一分散介質不同的情況下，必須將液相氧化反應生成液 中的晶體從第一分散介質中分離之後，再分散到第二分散介質中。此外，即 使液相氧化反應生成液的分散介質與精製中使用的溶劑相同，在將液相氧化 反應生成液或含有第一分散介質與對苯二甲酸晶體的原漿進行精製處理時，
作為雜質存在的4CBA和p-TOL等的氧化中間體或著色原因物質等在高溫
下幾乎都溶解到分散介質中。在這些雜質溶解的情況下，將液相氧化反應生
成液或含有第一分散介質與對苯二甲酸晶體的原漿在IO(TC左右冷卻時，這 些雜質進入到對苯二甲酸晶體中，難以獲得高純度的對苯二甲酸。因此，從 液相氧化反應生成液或含有第一分散介質與對苯二甲酸晶體的原漿或者精 制處理後的漿料分離高純度對苯二甲酸的工序必須在高溫、加壓條件下進 行。
作為將對苯二甲酸晶體與分散介質從漿料中分離的方法最常用的是離 心分離法，對於液相氧化反應生成液或含有第一分散介質與對苯二甲酸晶體 的原漿的情況，也可以廣泛使用離心分離法。
在離心分離法中，向高速旋轉的轉筒中引入含有第一分散介質與對苯二 甲酸晶體的原漿，使第一分散介質從上部溢出，晶體引導到下部。在高溫高 壓下運轉時，由於離心分離器的結構以及功能上的限制，存在一些困難。
首先，離心分離中或分離後的晶體的洗滌困難，因此，晶體上的第一分 散介質的附著量容易增多，需要採用在離心分離後的對苯二甲酸晶體中再加 入新鮮的高溫溶劑形成漿料的方法。但是，必須再次進行晶體和分散介質的 分離操作。而且，由於在高溫高壓下進行高速旋轉，必須進行離心分離器的 保護、保養。該保護、保養困難且煩雜，因此增加了製備成本。
近年，公開了通過單一的裝置將第一分散介質和晶體分離，然後在高溫 高壓下在其它的分散介質中進行重新製漿的操作的方法。該方法中，使用利用了由對苯二甲酸晶體的重力引起的沉降作用的分散介質置換裝置。該方法 使用了如下的裝置，該裝置將含有第一分散介質和對苯二甲酸晶體的原漿從 裝置的上部導入，將第二分散介質從裝置的下部導入，從下部主要取出含有 對苯二甲酸晶體和第二分散介質的置換漿料，從上部主要取出第一分散介 質。
作為這樣的裝置，已經公開了具有多孔板狀的擱板(棚段)的裝置(參 照專利文獻1-2)和內部完全沒有結構物的裝置(參照專利文獻3)等的各 種裝置。
這些裝置中存在的共同問題是，在將含有第一分散介質和對苯二甲酸晶 體的原漿供給到裝置的上端內部時，漿料中的對苯二甲酸晶體難以在水平方 向均勻分散。不能在水平方向均勻分散的結果是無法抑制置換裝置在垂直方 向的混合。分散介質置換裝置的性能必須考慮怎樣抑制供給到上部的第一分 散介質向下部的移動、抑制垂直方向的混合。
在具有上述多孔板狀的擱板的裝置中，對苯二甲酸晶體不均勻地供給到 最上段的擱板時，在對苯二甲酸晶體集中供給的部分會特別引發從該部分的 孔向下段的流動，相反，在未供給對苯二甲酸晶體的部分產生上升流。由此， 加速了擱板上下之間的混合，擱板的板效率(段效率)惡化。此外，在具有 多孔板狀的擱板的裝置中，對苯二甲酸晶體的不均勻供給會引起擱板的孔堵
此外，即使是上述的內部不具有結構物的裝置，不均勻的原漿的供給也 會明顯導致垂直方向的混合。從以上理由來看，上述的裝置中用於使得對苯 二甲酸晶體更均勻地分散在裝置內部的分配器是必不可少的。但是，通常的 具有很多細孔的類型的分配器會發生堵塞，難以長期穩定地運轉。
專利文獻l:英國專利第2014985號說明書 專利文獻2:特公昭57-53431號公報專利文獻3:特開平8-231465號公報

發明內容
本發明的目的是提供一種分散介質置換方法，該方法可以在供給含有第 一分散介質和對苯二甲酸晶體的原眾時，使漿料中的對苯二甲酸晶體在水平 方向均勻地分散，而且能長期穩定地運轉。
本發明人注意到在以往的縮小了單位噴射口的流路的分配器中，對苯二 甲酸晶體難以在水平方向上均勻分散，而且也難以進行長期運轉，從而進行 了反覆深入研究。結果想到了可以利用作為分散的推進力的離心力，從而發 現了利用結構簡單且分散良好的旋流狀噴嘴的分散介質置換方法。
艮口，本發明涉及一種分散介質置換方法，該分散介質置換方法包括將含 有第一分散介質和對苯二甲酸晶體的原漿供給到設置在分散介質置換裝置 的置換槽的上部的旋流狀噴嘴中，使從該旋流狀噴嘴中流出的原漿與從該置 換槽的下部供給的在該置換槽內上升的第二分散介質接觸，從該置換槽的下 部主要取出含有對苯二甲酸晶體和第二分散介質的置換漿料，從該置換槽的 上部主要取出第一分散介質，其中，將所述原漿從在旋流狀噴嘴的垂直方向 上具有軸的圓筒部的切線方向供給到該圓筒部，使得所述原漿沿著該圓筒部 的內壁面進行圓周運動，進行圓周運動的原漿從該圓筒部的垂直方向下表面 的開口部流出，分散到該第二分散介質中。


圖la是表示旋流狀噴嘴的例子的立體圖，圖lb是關於圖la的線V-V 的剖面圖2a是表示旋流狀噴嘴的另一個例子的立體圖，圖2b是關於圖2a的 線V-V的剖面圖；圖3a是表示旋流狀噴嘴的另一個例子的立體圖，圖3b是關於圖3a的
線V-V的剖面圖4是表示將原漿從環狀集管的切線方向分配到旋流狀噴嘴的入口的情 況的示意圖5是表示分散介質置換裝置的一個例子的示意圖6是表示旋流狀噴嘴的立體圖7是表示參考例1的槽內漿料濃度分布的圖表；
圖8是表示比較例1的槽內漿料濃度分布的圖表；
圖9是表示分散介質置換裝置的另一個例子的示意圖IO是表示實施例1的槽內漿料濃度分布的圖表。
具體實施例方式
本發明的分散介質置換裝置中使用了旋流狀噴嘴。該旋流狀噴嘴的例子 如圖l-3所示，但是，只要滿足下述的條件即可，對旋流狀噴嘴的結構和形 狀沒有限定。
該旋流狀噴嘴具有原漿的供給部和連接該供給部的圓筒部。該圓筒部在 垂直方向具有軸(在垂直方向延伸的圓筒部)，該圓筒部的垂直方向的上表 面和下表面中至少在下表面設置有開口部。該供給部設置成在該圓筒部的切 線方向供給原漿。沿著該圓筒部的內壁面進行圓周運動地供給原漿。圓周運 動的原漿通過離心力在圓筒部內壁面方向上移動，在圓筒部內壁面附近充滿 了圓周運動的原漿。原漿邊進行圓周運動邊下降，從圓筒部的垂直方向下表 面的開口部進行著圓周運動地流出。從圓筒部流出的原漿通過離心力大範圍 地分散到水平方向上。此外，由於開口部的直徑比以往的分配器的細孔徑大 很多，因此，即使長期運轉也不會堵塞。
如上所述，本發明中使用的旋流狀噴嘴滿足以下的基本結構(1) - (3)，很重要。
(1 )具有原漿的供給部和與該供給部連接的在垂直方向具有軸的圓筒 部，該供給部以在該圓筒部的切線方向上供給原漿的方式與圓筒部連接。
(2) 該圓筒部的垂直方向的上表面可以設置開口部，也可以不設置開口部。
(3) 該圓筒部的垂直方向的下表面設置有用於使原漿流出的開口部。 通過使用在垂直方向具有軸的圓筒部，可以使供給的原漿沿著圓筒部內
壁面進行圓周運動。本發明中，邊使原漿進行圓周運動邊將原漿從噴嘴供給 到分散介質置換裝置內，並且通過離心力使原漿在水平方向上均勻分散，很 重要。因此，圓筒部的結構只要不影響原漿的圓周運動就沒有限定。供給的 原漿為了沿著圓筒部的內壁面進行圓周運動，優選將供給部和圓筒部進行連 接使得從圓筒部的切線方向供給原漿。
用於使得圓周運動的原漿流出到分散介質置換裝置內的開口部，在旋流 狀噴嘴的垂直方向的下表面，例如，如圖1-3所示，設置成錐形或中空圓板。
抑制來自圓筒部上表面的原漿的分散時，該上表面也可以不設置開口 (圖3 )。
在本發明的分散介質置換方法中，含有第一分散介質和對苯二甲酸晶體 的原漿從位於分散介質置換裝置的上部的旋流狀噴嘴供給，第二分散介質從 分散介質置換裝置的下部供給，從分散介質置換裝置的下部主要取出含有對 苯二甲酸晶體和第二分散介質的置換漿料，從上部主要取出第一分散介質。
使用液相氧化反應生成液作為原漿時，第一分散介質為氧化反應母液，
主要成分為乙酸。此時的原漿的對苯二甲酸濃度優選為10-40重量％，第一 分散介質的乙酸的濃度優選為70-100重量％。供給到分散介質置換裝置的 溫度優選為80-220°C 。
該原漿通過乙酸精製時，第二分散介質為任意的含純水的乙酸或純水。 第二分散介質中的水濃度優選為50-100重量％。此外，將該原漿再分散到水中時，第二分散介質為純水。
將粗對苯二甲酸分散到水中進行精製處理時，原漿的第一分散介質為在 再結晶時溶解了雜質的水，第二分散介質為純水。此時的原漿中的對苯二甲
酸濃度優選為10-40重量％。供給到分散介質置換裝置的溫度優選為100-220。c。
旋流狀噴嘴的原漿流出口 (圓筒部下表面的開口部)的面積優選為
0.03-0.8m2，相對於分散介質置換裝置的橫截面積，所述旋流狀噴嘴的個數 優選為0.3-2個/1112。旋流狀噴嘴的個數根據使用的分散介質置換裝置的大小、 以及從旋流狀噴嘴流出的原漿分散的範圍(分散面積)來決定。通常， 一個 旋流狀噴嘴的有效的分散面積為3r^以下。因此，分散介質置換裝置的每單 位橫截面積的噴嘴個數為0.3個/012以上。當然，每單位面積的噴嘴個數可以 設定很多，但是，均等地將原漿供給到各個旋流狀噴嘴中變得困難。因此， 考慮到工業可實施的裝置的規模和旋流狀噴嘴的能力，超過2個/1112的旋流 狀噴嘴的設置在工業生產上不利。
向多個旋流狀噴嘴供給原漿有各種方法。均等地供給的最可靠的方法是 對每個旋流狀噴嘴控制流量的方法，但是也是成本較高的方法。
還有以下方法設計時在工程學上計算出各旋流狀噴嘴之間的壓差，通 過節流孔(orifices)或閥門(valves)等來限制流量，使得供給不會集中到 一部分的旋流狀噴嘴中。根據裝置的規模這是十分可行的方法，但是在流體 為漿料時，如果考慮到工程學計算的精度，則對於均勻地向大規模裝置即向 多個旋流狀噴嘴的供給是不適合的。
這種情況下，如圖4所示，環狀集管上連接兩個以上的旋流狀噴嘴，通 過將供給到環狀集管中的原漿供給到各個旋流狀噴嘴中，從而可以使得結構 變得非常簡單，且能夠非常均等地供給原漿。原漿優選沿著環狀集管的切線 方向向各旋流狀噴嘴供給。這樣的情況下，可以維持在環狀集管內的圓周運動的狀態下，將原漿供給到旋流狀噴嘴中，供給到旋流狀噴嘴中的原漿維持 圓周運動的同時，流出到分散介質置換裝置內部，邊進行圓周運動邊分散。 通過這樣的具有渦流的子結構，第一分散介質向第二分散介質的置換可以高 效地進行。而且，採用這樣的環狀集管時，即使供給到環狀集管的原漿流量 發生變化，原漿也能均等地供給到各旋流狀噴嘴中。通過節流孔和閥門等限 制流量的方法是無法獲得這樣的效果的。
圖9表示分散介質置換裝置的一個例子。原漿(對苯二甲酸晶體/第一 分散介質)通過供給閥門14、供給口 15，供給到設置在不鏽鋼製等的置換 槽12的上部的旋流狀噴嘴16中。以工業規模來實施時，置換槽12的直徑 優選為0.3-7m，高度為l-20m，旋流狀噴嘴16的圓筒部的直徑優選為O.l-lm。 原漿向旋流狀噴嘴16的供給速度只要使得原漿邊進行圓周運動邊從旋流狀 噴嘴16流出就沒有特別限定，但是，置換槽12以及旋流狀噴嘴16為上述 大小時，優選為0.5-50t/h。
優選從設置在置換槽12的底部附近的第二分散介質供給口 18通過閥門 17以0.3-40t/h的速度供給第二分散介質。供給的第二分散介質在置換槽l2 內上升。從旋流狀噴嘴16流出的原漿與在置換槽12內上升的第二分散介質 接觸，且邊進行圓周運動邊均勻地在水平方向上分散到第二分散介質中。分 散的對苯二甲酸晶體在富含第二分散介質的相中通過重力沉降，置換槽12 的下部蓄積了含有對苯二甲酸晶體和主要為第二分散介質的置換漿料。該置 換漿料，使用取出泵13從置換漿料取出口 19取出。另外，置換槽12內的 溫度優選維持在80-180°C。
第一分散介質通過供給的第二分散介質壓到上方，通過第一分散介質取 出口20排出到裝置外。
實施例下面舉出實施例來更詳細地說明本發明的實施方式。但是，本發明並不 限定於這些實施例。 參考例1
使用用於觀察圖5所示的分散狀況的實驗裝置，檢查槽1 (直徑2m， 高4米)內的分散狀況。作為原漿使用調整了粒徑(平均粒徑95um)的砂 的水漿料(砂的濃度為35重量％)。將該原漿放入槽l中，為了不在底部堆 積砂，使用循環泵2，將原漿通過電磁流量計4、流量調節閥門3循環到原 漿供給口 5。
循環的原槳供給到旋流狀噴嘴6中，邊維持圓周運動邊流出到槽1內部 進行分散。旋流狀噴嘴6的結構如圖6所示。原漿供給部11與圓筒部10連 接，並使得原漿從圓筒部10的切線方向供給。在圓筒部IO (內徑0.70m) 的垂直方向的上表面和下表面上設置有開口部8 (開口徑0.58m)和開口部9 (開口徑0.43m)。
使用在槽1內部在半徑方向上可動的取樣口 7 (設置在距離槽1的底面 高度為1.50m的位置)取得漿料，並測定漿料濃度(漿料中的砂的濃度)。 結果如圖7的圖表所示。從圖7可以看出，砂在水平方向上均勻分散。
漿料的循環連續進行6小時，但是，旋流狀噴嘴6完全沒有發生堵塞。
比較例1
除了使用開口部朝向下方的L字型配管作為進料噴嘴來代替旋流狀噴 嘴6之外，與參考例1相同，測定槽1的漿料濃度的分布。結果如圖8的圖 表所示。從圖8可以看出，砂的分散狀態在水平方向上不均勻。
比較例2
除了在比較例1的L字型進料噴嘴的前端設置盤管(pigtail)型的分散裝置之外，與比較例1相同地進行原漿的循環。循環開始後io分鐘發生堵
實施例1
使用具有與圖9相同的結構的裝置進行分散介質置換。置換槽使用內徑
為30cm、高度為100cm的不鏽鋼製密閉容器。
不鏽鋼製密閉容器中裝滿IO(TC的水，向與實施例1相同的旋流狀噴嘴 中以770kg/h供給含30重量％的對苯二甲酸的以水作為第一分散介質的原 漿。從置換槽的下部以560kg/h的速度供給作為第二分散介質的水。從置換 槽的下部主要取出含有對苯二甲酸晶體和第二分散介質的置換漿料，從置換 槽的上部主要取出第一分散介質。分散介質置換連續進行l周，未發生堵塞 等的問題。
使用取樣嘴21，在水平方向的不同的位置(距離置換槽底面的高度為 40cm)取得置換槽內的漿料，測定漿料的濃度(漿料中的對苯二甲酸晶體的 濃度)。如圖10的圖表所示，對苯二甲酸晶體在水平方向上均勻分散。
工業實用性
本發明的分散介質置換方法利用滿足特定條件的旋流狀噴嘴，從而在供 給含有第一分散介質和對苯二甲酸晶體的原漿時，漿料中的對苯二甲酸晶體 可以在水平方向上均勻分散，而且能長期穩定地運轉。
權利要求
1、一種分散介質置換方法，該分散介質置換方法包括將含有第一分散介質和對苯二甲酸晶體的原漿供給到設置在分散介質置換裝置的置換槽的上部的旋流狀噴嘴中，使從該旋流狀噴嘴中流出的原漿與從該置換槽的下部供給的在該置換槽內上升的第二分散介質接觸，從該置換槽的下部主要取出含有對苯二甲酸晶體和第二分散介質的置換漿料，從該置換槽的上部主要取出第一分散介質，其中，將所述原漿從在旋流狀噴嘴的垂直方向上具有軸的圓筒部的切線方向供給到該圓筒部，使得所述原漿沿著該圓筒部的內壁面進行圓周運動，進行圓周運動的原漿從該圓筒部的垂直方向下表面的開口部流出，分散到該第二分散介質中。
2、 根據權利要求1所述的分散介質置換方法，其中，所述圓筒部的垂 直方向下表面的開口部的面積為0.03-0.8m2。
3、 根據權利要求1所述的分散介質置換方法，其中，相對於所述置換 槽的橫截面積，所述旋流狀噴嘴的個數為0.3-2個/m2。
4、 根據權利要求1所述的分散介質置換方法，其中，將所述原漿供給 到連接在環狀集管上的2個以上的所述旋流狀噴嘴中。
全文摘要
本發明涉及將含有第一分散介質和對苯二甲酸晶體的原漿中的第一分散介質置換成第二分散介質的方法。原漿從設置在分散介質置換裝置的置換槽的上部的旋流狀噴嘴的在垂直方向上延伸的圓筒部的切線方向供給，並沿著該圓筒部的內壁面進行圓周運動，進行圓周運動的原漿從該圓筒部的垂直方向下部的開口部流出，分散到從該置換槽的下部供給的第二分散介質中。從該置換槽的下部主要取出含有對苯二甲酸晶體和第二分散介質的置換漿料，從該置換槽的上部取出第一分散介質。
文檔編號C07C51/47GK101472876SQ20078002156
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月8日 優先權日2006年6月12日
發明者在間文哉, 稻荷雅人 申請人:三菱瓦斯化學株式會社;東洋紡織株式會社;水島艾諾瑪株式會社