生產芳族羧酸的方法
2023-10-29 13:22:17 4
專利名稱：生產芳族羧酸的方法
技術領域：
本發明涉及生產芳族羧酸的方法，該方法是在液體反應介質中用含分子氧的氣體氧化具有烷基和/或部分氧化烷基的取代基的烷基芳族化合物(以下簡稱「液相氧化」)。
芳族羧酸是重要的基本化工產品，尤其是，芳香二羧酸對纖維、樹脂等原料有用。例如，近些年來，發現對苯二酸作聚酯纖維原料的需要量不斷增加。
就生產芳族羧酸而言，至今普遍使用這樣一種方法，其中具有取代基烷基的芳族化合物在含低級脂族羧酸如乙酸的液體反應溶劑中，於氧化反應器內在由重金屬化合物和溴化合物組成的氧化催化劑存在的情況下，通過使其與含分子氧的氣體接觸而進行液相氧化。按這種生產方法，與向氧化反應器引入含分子氧氣體，如空氣的同時，在通過攪拌器的攪拌情況下，由作原料的烷基取代芳族化合物如對二甲苯，作反應溶劑的乙酸和催化劑組成的混合物供給氧化反應器以引起氧化反應，由此獲得象對苯二酸那樣的芳族羧酸。
在圖4中，以系統示意流程圖的形式表明在日本特許公開昭-63-83046A中公開用於生產芳族羧酸的現有技術。示於圖4中的裝置包括設計成立式圓筒容器狀的氧化反應器1，它裝有置於該容器側壁內表面上的檔板2和沿該容器中心軸安裝的攪拌器3。攪拌器3是由迴轉軸4和多級迴轉葉片5組成。由烷基芳族化合物、氧化催化劑和反應溶劑組成的起始混合物經原料進料管線6供給氧化反應器1，含分子氧氣體經氣體進料管線7也供給氧化反應器1，而通過反應形成的芳族羧酸生成的粗漿料經漿料排出管線8排出。
在氧化反應器的頂部，安裝蒸汽排放管線9，在其上面裝置熱交換器10，以便分離廢氣中的可冷凝成分。有可能裝上一個蒸餾塔(未畫出)用來代替熱交換器10，或者除熱交換器10外再裝一個蒸餾塔。通過冷卻在熱交換器10中冷凝的過程中，所分離的成分作為冷凝液收集在鼓式分離器11中，部分冷凝液通過循環管線12經泵13返回氧化反應器1，而另一部分冷凝液經冷凝液引出管線14按需要分出再送至隨後的蒸餾單元中以回收反應溶劑。失去可冷凝成分的剩餘廢氣，經清除管線15被清除出該系統。
經漿料排出管線8排出的粗漿料，在供生產精製結晶芳族羧酸用的結晶器內重結晶前，先在所述隨後的精製步驟中經歷氧化、還原等精製處理。在結晶器中，用類似於氧化反應器1中的攪拌器4的攪拌器攪拌析出晶體的漿料。
在安裝有多級葉片5的攪拌器3的現有技術氧化反應器或結晶器中，裝有延伸至高出立式容器整個高度的迴轉軸4，造成設備結構的複雜化和驅動功率隨操作過程中振動的增強而相應增加。另外，在立式容器以上的部分安裝驅動裝置需要專用臺或支架，這將伴隨發生阻止有效利用容器以上的空間和按比例放大裝置的困難。
本發明的目的在於提供生產芳族羧酸的方法，該法能使攪拌器的設計簡單和小型化，由此使驅動功率隨著裝置操作振動的減小而降低，因而能達到有效利用容器以上的空間和裝置尺寸的按比例放大。
本發明在於如下所限定的生產精製芳族羧酸的方法(1)一種生產精製芳族羧酸的方法，包括使用含分子氧的氣體，在含脂肪族羧酸的液體反應溶劑中，在氧化反應器中氧化催化劑存在下，通過液相氧化使烷基芳族化合物氧化以便使該烷基芳族化合物轉化成為芳族羧酸，它作為晶體在反應溶劑中析出形成漿料，使所生成的漿料進行精製處理，接著把如此處理過的芳族羧酸在結晶器中重結晶，和分離重結晶過的酸以獲得精製的芳族羧酸，其中攪拌槽作為氧化反應器和/或結晶器使用，在其下部安裝有由通過罐底配置的迴轉軸驅動的攪拌器，和液相氧化和/或重結晶是在以保持漿料中芳族羧酸所形成的晶體平均粒徑不超過500μm和保持漿料中晶體濃度不超過60％(重量)的方式控制攪拌器性能而在攪拌罐中完成的。
(2)按上述(1)限定的方法，其中攪拌器是渦輪葉片式的，這種葉片保持與氧化反應器底壁有一定距離的而轉動。
(3)按上述(1)限定的方法，其中攪拌器是耙式的，這種攪拌器以其沿著氧化反應器底部表面搭接的葉片轉動。
(4)按上述(1)-(3)中任一項限定的方法，其中攪拌器靠液壓氣動馬達驅動。
(5)按上述(1)-(4)中任一項限定的方法，其中氧化反應器在其上部裝有熱交換器。
(6)按上述(1)-(5)中任一項限定的方法，其中作為氧化反應器將操作的攪拌罐在其下部裝有用於向其中注入含分子氧氣體的入口，以便氣體的注入作用有助於攪拌的效果。
(7)按上述(6)限定的方法，其中作為氧化反應器操作的攪拌罐高度值為其直徑的1.5-8倍且含分子氧氣體以2000-9000Nm3/m2/hr的塔表面線速度向其中注入。
(8)按上述(6)或(7)限定的方法，其中作為氧化反應器操作的攪拌罐在其上部裝有蒸餾塔。
(9)按上述(1)-(5)中任一項限定的方法，其中作為結晶器操作的攪拌罐高度值為其直徑0.5-4倍。
圖1表示用於本發明方法的氧化反應器實施方案示意垂直剖面圖。
圖2表示用於本發明方法的氧化反應器另一實施方案的示意垂直剖面圖。
圖3表示用於本發明方法的結晶器另一實施方案的示意垂直剖面圖。
圖4表示用於生產芳族羧酸現有技術設備的示意系統圖。
在按照本發明生產芳族羧酸的方法中作為待氧化的原料，可以使用具有一個或多個取代基的烷基和/或部分氧化烷基的芳族化合物(在下文，有時簡稱為氧化原料)。這樣的芳族化合物或為單環或為多環的。作為取代基的烷基，可列舉例如具有1-4個碳原子的烷基，如甲基、乙基、正-丙基和異丙基。作為部分氧化的烷基取代基，可以列舉例如醛基、醯基、羧基和羥烷基。
具有烷基的起始芳烴化合物，即烷基取代的芳烴的具體實例包括具有1-4個碳原子的2-4個烷基的二和多烷基苯，如間-二異丙苯、對-二異丙苯、間-繖花烴、對-繖花烴、間-二甲苯、對-二甲苯、三甲基苯和四甲基苯；具有1-4個碳原子的2-4個烷基的二和多烷基萘，如二甲基萘、二乙基萘和二異丙基萘；以及具有1-4個碳原子的2-4個烷基的多烷基聯苯，如二甲基聯苯等。
對於具有部分氧化烷基的芳族化合物來說，可以列舉那些上文給定的起始芳族化合物中的一個或多個烷基被部分氧化成為例如如上所述的醛基、醯基、羧基或羥烷基。作為其具體實例，可列舉3-甲基苯甲醛、4-甲基苯甲醛、間-甲苯甲酸、對-甲苯甲酸、3-甲醯苯甲酸、4-甲醯苯甲酸和2-甲基-6-甲醯萘。它們或單獨或以其兩種或更多種的混合物使用。
在本發明方法中，重金屬化合物和溴化合物用作催化劑，其中下列是這些化合物的實例。作為重金屬化合物用的重金屬，可列舉鈷、錳、鎳、鉻、鋯、銅、鉛、鉿和鈰。它們可單獨使用，也可組合起來使用，尤其認為鈷與錳組合更好。
作為所述重金屬的化合物，可以舉出乙酸鹽、硝酸鹽、乙醯丙酮化物、環烷酸鹽、硬脂酸鹽和溴化物作為例子，值得提到其中特別好的是乙酸鹽。
溴的化合物可選自無機溴化合物，如分子溴、溴化氫、溴化鈉、溴化鉀、溴化鈷和溴化錳；和有機溴化合物，如甲基溴，亞甲基溴、溴仿、苄基溴、溴甲基甲苯、二溴乙烷、三溴乙烷和四溴乙烷。這些溴化合物可單獨使用也可作為它們中的兩種或更多種的混合物使用。
對於用在本發明方法中的和由重金屬化合物與溴化合物結合組成的催化劑來說，其中相對重金屬原子的溴原子摩爾比在每一摩爾的重金屬為0.05-10摩爾，優選0.1-2摩爾的範圍是有利的。這些催化劑以重金屬在反應溶劑中的濃度計，一般在反應混合物中的加入量為10-10000ppm，優選在100-5000ppm。
藉助於本發明的方法，作為氧化原料的芳族化合物在氧化步驟中的氧化反應器內，使用含低級脂族羧酸的液體反應溶劑，在上述催化劑存在的情況下，用含分子氧的氣體使其進行液相氧化，為的是能引起芳族羧酸的晶體析出形成漿料。
作為含分子氧的氣體，可列舉例如氧氣和環境空氣，其中空氣對實用而言是有益的。就氧化芳族化合物的氧化原料成為芳族羧酸來說，通常使用的含分子氧氣體較化學計量所需比例過量。在用空氣作含分子氧氣體的情況下，向反應體系供料速度按每μg起始芳族化合物為2-20Nm3，優選2.5-15Nm3的空氣是有利的。
作為用作反應溶劑的低級脂肪族羧酸，可舉乙酸、丙酸和丁酸作例子說明。這些低級脂肪族羧酸作為反應溶劑可單獨使用，也可以與水的混合物形式使用。反應溶劑的具體實例包括乙酸，丙酸、丁酸及其混合物以及它們與水的混合物。在它們當中，乙酸與水的混合物是優選的，可舉出其中特別好的是那些每100份(重量)乙酸含水量為1-20份(重量)，優選5-15份(重量)的混合物。
通常氧化反應的溫度範圍在100-250℃，優選150-220℃。反應時的壓力可在任何水平，只要能使反應混合物保持液態即可。
通過在如上條件下完成反應，可獲得相應於起始芳族化合物的芳族羧酸。作為芳族羧酸的具體實例，可以舉出芳香二羧酸，如對苯二酸、間苯二酸、2，6-萘二甲酸和4，4′-聯苯二羧酸；芳香三羧酸，如偏苯三酸和1，3，5-苯三酸；以及芳香多羧酸，如1，2，4，5-苯四酸等等。
本發明方法用於生產芳香二羧酸，尤其是，用於生產象在所用反應溶劑中不溶解或溶解困難的芳族羧酸，特別是生產對苯二酸是有利的。
所生成的芳族羧酸將作為晶體在反應混合物中析出形成漿料，該漿料排出氧化反應器後經液/固分離處理以獲得如對苯二酸的粗結晶產品。
如此獲得的粗結晶產品通常含有雜質和中間產物，因此，應當接著通過再次溶解粗結晶於合適的溶劑中進行精製，再使所生成的溶液經過包括氧化或還原處理的精製處理步驟，接著將目的產物如對苯二酸在一結晶器重結晶，由此獲得含晶體產物的漿料。從這樣一種漿料中回收晶體，可以獲得如對苯二酸的精製產品。
對於精製處理來說，加氫處理作為還原處理是有利的。就加氫處理而言，可以使用至今一直用於所述還原反應中的催化劑，例如，基於鈀、釕、銠、鋨、銥、鉑、鉑黑、鈀黑鐵和鈷-鎳的催化劑。固體催化劑擔載於載體上面，優選擔載於吸附劑載體上，如活性炭，並製成固定床是有利的。
在加氫處理中，使粗對苯二酸的晶體分散於水中，形成固含量為10-40％(重量)，優選為24-30％(重量)的含水漿料，再於溫度不低於230℃，優選240-300℃穩定狀態下，壓力範圍在1-11MPa(表壓)，優選3-9MPa(表壓)，加熱所述漿料，以溶解對苯二酸的晶體，隨後把所獲得的對苯二酸水溶液供給還原反應器，以便流過催化劑床，與此同時向其供應氫氣，其加料速度至少為對苯二酸溶液中4-CBA供應量摩爾的1.5倍，優選至少為其摩爾的2倍。進行加氫處理的反應溫度不低於230℃，優選在255-300℃，壓力範圍為1-11MPa(表壓)，優選為3-9MPa(表壓)，使用的氫分壓至少為0.05MPa，優選範圍在0.05-2MPa。
通過加氫處理，粗對苯二酸中的4-CBA被還原成在較低溫度下於水中可溶的對甲苯甲酸。因此，通過在溫度300℃或以下，優選的是在100-280℃的溫度下。在結晶器中重結晶對苯二酸，再從母液中分離析出的晶體，可獲得不含對甲苯甲酸的對苯二酸的純結晶產品。在逐漸降低結晶溫度的情況下，以多級結晶，例如2-7級完成重結晶。
至此，該攪拌容器裝有攪拌器，攪拌器具有從該容器的頂部貫穿頂蓋向下一直延伸到容器底的垂直迴轉軸和在其上配置的分布於該容器中液相的整個深度各區段的攪拌葉片，其中迴轉軸靠安置在容器上方的驅動裝置驅動，這樣的攪拌容器可用於氧化反應器和結晶罐。
通過上述攪拌器，可以預料能達到容器內的液體內含物均勻的攪拌、完成反應和均勻結晶。就用於氧化反應器的情況來說，可以預料能把原料、反應溶劑和催化劑與氧均勻混合，以便完成反應並且能引起由氧化反應形成的芳族羧酸與早已析出的結晶接觸，從而通過晶體生長有利於晶體析出。就用於結晶罐的情況來說，可預料能引起芳族羧酸與早已析出的晶體接觸，從而通過晶體生長有利於晶體的析出，所述芳族羧酸呈溶液態存在且能製成過飽和態。
本發明人分析了伴隨晶體狀反應產物析出時氧化反應的機制，由此能夠明白儘管必須均勻地攪拌由原料、反應溶劑和催化劑組成的起始混合物，以使它們與氣體氧直接接觸而有效地完成氧化反應，但對芳族羧酸的晶體均勻地分散在反應液體中並不總是必要的，然而要足以保證反應液體中新形成的芳族羧酸與現存的晶體有充分的機率去接觸，以使形成的芳族羧酸析出。
就氧化反應器的情況來說，由反應形成的芳族羧酸首先以溶液的形式出現在反應溶劑中並積累於其中直到過飽和濃度為止，隨後芳族羧酸以晶體形式析出，析出的晶體能起晶核的作用而且通過晶體生長使過飽和的芳族羧酸在晶核上析出。對於結晶器的情況來說，通過降低溶液的溫度會使芳族羧酸的溶液變成過飽和，由此以晶體形式析出。
當形成的芳族羧酸與其現存的晶體接觸頻率因攪拌結晶漿料增加時，即使晶體本身沒有均勻地分散，晶體的生長也能得到加速。由於結晶漿料連續地從攪拌罐裡被排出，所以必需補充新的晶核。這種新的晶核是由漿料中液體介質部分中新形成的晶體提供的，漿料中不存在能起晶核作用的晶體。因此，即使允許不含晶體的液體介質部分存在，芳族羧酸的晶體也沒有必要均勻分散在結晶漿料中，但要足以維持它們在攪拌的情況下，以便它們能在液體介質中漂浮而不會沉到底層中去。
在氧化反應器中，應維持原料、反應溶劑、催化劑、氧等在均勻攪拌之下。當含分子氧的氣體被鼓入反應混合物中時，氣體的這種注入能導致攪拌反應混合物，因此為了反應的均化作用可利用這一作用。此外，只要把攪拌器設計成允許攪拌反應混合物但不使析出的晶體沉積，則這種攪拌器無論用在反應器還是用在結晶器都是足夠的。
根據上述的基本認識，本發明發現了使用適於氧化反應器和結晶器的攪拌器技術手段，所述攪拌罐在其下部裝置具有攪拌葉片的攪拌器只是為了阻止晶體的沉積。在這種在攪拌罐的下部裝有攪拌葉片的配置中，攪拌器靠驅動裝置驅動，該驅動裝置配置在具有迴轉軸的罐下方，而迴轉軸穿過罐的底壁安裝。
作為攪拌葉片，可以使用與罐底內表面保持距離而旋轉的渦輪葉片式的，尤其是傾斜圓盤渦輪葉片式，或以其沿著罐的底面延伸的葉片旋轉的耙式攪拌葉片是有利的。對於渦輪葉片式的攪拌葉片，理想的是在罐側壁的內表面上安裝檔板。但對於耙式攪拌葉片來說，則不需擋板。這些攪拌葉片僅以單級形式安裝在罐的下部，儘管也允許安裝多級的葉片。
要把上述攪拌葉片設計成使它們能配置在穿過罐的底壁安裝的迴轉軸頂端上並通過安裝在攪拌罐底下方的驅動裝置驅動。作為驅動裝置，由于振動較輕，所以可使用液壓氣動馬達，如液壓馬達或氣動馬達都是有益的，儘管其它的裝置，如電動馬達，也可以使用。當使用氣動馬達時，各種驅動氣體都可以使用，如壓縮氧、壓縮空氣和來自氧化反應器的壓縮廢氣。
氧化反應或芳族羧酸的重結晶處理，都可以在通過控制供應的反應成分、反應以及結晶漿料排出等諸多方面的條件排除晶體沉降的情況下於如上這樣一種攪拌罐中完成，在執行中，可維持漿料中晶體的平均粒徑為500μm或以下，優選範圍在10-300μm，更好的範圍在50-200μm，並且還可維持漿料的晶體濃度不大於60％(重量)，優選範圍在10-55％(重量)，更好的是20-50％(重量)。
通過使用這樣一種攪拌器，即其安裝的攪拌葉片能在攪拌罐較低區段內旋轉，該區段相當於該罐中離開底的液體層(對於氧化反應器來說，液體層含氣泡)整個高度最多1/3，優選最多1/4，特別優選最多為1/5，只要結晶漿料在上述濃度下具有上述範圍平均粒徑的晶體，阻止晶體沉降的效果則會令人滿意。對於渦輪葉片式的攪拌器來說，在0.5-15m/sec，優選為3-10m/sec的圓周速度下，攪拌強度相當於轉速為20-300rpm，優選為30-70rpm。對於耙式攪拌器來說，在0.5-15m/sec，優選的在1-5m/sec的圓周速度下，攪拌強度相當於轉速為2-50rpm，優選的在5-20rpm。
在本發明的方法中，沒有必要在罐的上部和中部提供任何攪拌葉片，也沒有必要在攪拌罐中提供迴轉軸。在驅動裝置安置在罐底下方時，旋轉的驅動軸可穿過罐的底壁安裝，這樣會使整個裝置緊湊且能小型化設計。現在就有可能在攪拌罐的上部安裝像熱交換器和/或蒸餾塔那樣的裝置，因而可以有效利用裝置的面積，而在此之前這些裝置不得不另外地安置在其它的部分上。
在把攪拌罐作為氧化反應器使用時，通過把罐設計成鼓泡塔，使罐中的反應液體能利用向其中注入含分子氧氣體的作用進行攪拌。這時，最有利的是能通過將噴嘴固定在攪拌葉片的下面，儘管這不是必需的，和通過攪拌葉片旋轉引起氣泡分散。噴嘴固定在鼓泡塔的下部，按照塔的尺寸，噴嘴最好分布在許多位置上，如一個、兩個、三個等。
當攪拌罐作為鼓泡塔使用時，塔中液體層的高度值為塔內徑的1.5-8倍，優選2-4倍時是有利的，其中表達成單位塔截面積的表面線速度(塔表面線速度)以反應前的體積為基的含分子氧氣體(環境空氣)的注入速度可在2000-9000Nm3/m2/hr的範圍內，優選3,500-4500Nm3/m2/hr，由此可實現塔中液體混合物的均勻攪拌而不會引起注入氣體的短路，因此為了攪拌液體層安裝攪拌葉片可以免除。
當攪拌罐作為氧化反應器使用時，經原料進料管線向罐供應氧化原料、催化劑和反應溶劑，再經氣體進料管線向罐引入含分子氧氣體，以便在通過攪拌器攪拌反應混合物的同時引起反應發生。由此氧化氧化原料，即烷基芳族化合物成為相應的芳族羧酸。在反應進行時，由反應形成的芳族羧酸的濃度在反應液體中變成過飽和態因此將作為晶體析出，這種晶體能起到晶核的作用並且析出的晶體強烈地通過攪拌器的作用與新形成的芳族羧酸接觸，由於芳族羧酸在其上的析出而引起晶體的生長，與此同時連續排出部分結晶漿料並將其轉送至其後的精製步驟。
在作為結晶器使用攪拌罐時，罐中液體層的深度值有利的是在為罐內徑的0.5-4倍，優選0.7-2.5倍。儘管結晶器不用注入任何的氣體，但降壓時由氧化反應或還原反應處理芳族羧酸的水溶液會產生水蒸汽，由此使溶液獲得相應的冷卻，引起溫度的降低，從而帶來攪動效應。由於這種溫度下降，使溶液中的芳族羧酸達到其飽和狀態且甚至能達到過飽和狀態，由此芳族羧酸能從溶液中再結晶。含有如此形成的晶體漿料藉助於攪拌器攪拌，可使晶體與漿料中以過飽和態存在的芳族羧酸接觸，引起芳族羧酸作為晶體生長在晶體上析出。部分生成的結晶漿料連續被排出且被轉送至後續步驟。
如上所述，按照本發明，在攪拌罐下部裝置含攪拌葉片的攪拌器並且由通過罐底安裝的迴轉軸驅動的攪拌罐，作為氧化反應器和/或作為結晶器使用，並且攪拌器的性能用維持結晶漿料中所形成的芳族羧酸晶體的平均粒徑以便不超過500μm和維持漿料的晶體濃度以便不超過60％(重量)這樣一種方式來控制，由此有可能提供一種允許放大氧化反應器和/或結晶器尺寸生產精製芳族羧酸的方法，其中攪拌器按簡單和小型化結構設計而因此使驅動功率隨著振動的減小而降低，同時可能有效的利用攪拌罐上面的空間。
在攪拌罐作為氧化反應器使用時，反應液體通過向其中注入含分子氧氣體的作用能得到攪拌，由此獲得有效的氧化反應。
下文，將參照附圖通過實施方案進一步描述本發明。
本發明兩個不同的實施方案分別示於圖1和圖2中，各以垂直剖面圖的形式表示氧化反應器，其中與圖4所用相同符號和數字表明相同的或相應部件或組件。
在圖1的實施方案中，攪拌罐20是由氧化反應器1和安置在反應器上方與其成為一體的熱交換器10構成。氧化反應器1具有垂直的圓筒構型，其直徑在向其中注入含分子氧氣體的過程中為液體層21深度的1.5-8倍。在相當於液體層21距底部的深度最多為1/3的罐的下部，裝置攪拌器3並圍繞攪拌器3在罐側壁內表面上安裝擋板2。
攪拌器3是由穿過罐20底23安裝的迴轉軸4和由傾斜圓盤渦輪葉片組成的單級攪拌葉片5構成的，所述渦輪葉片在相隔底23一定距離的地方，在軸旋轉終端與迴轉軸4連接並且由驅動裝置22驅動，驅動裝置22由安置在罐底23下方的液壓氣動馬達構成。原料進料管線6通向原料入口24，入口24安裝在氧化反應器1的中間部分。漿料排出管線8與裝置在反應器1下部的漿料排出出口25連接。氣體進料管線7通向許多氣體注入進口26(僅畫出一個)，每隔一段距離呈環形配置進口26於攪拌葉片5的下方。
熱交換器10設置在氧化反應器1的頂部，以便使來自反應器1的蒸汽和廢氣進入熱交換器27的裡面並讓來自冷卻水管線28的冷卻水包住其外表面，而由熱交換產生的水蒸汽經蒸汽排放管線29引出。在熱交換器10的下方，有一冷凝液引出管線14與之連接的冷凝液接受器30。廢氣出口31布置在熱交換器10之上，廢氣管線15由此出口引出。
在按本發明方法生產芳族羧酸時，把由氧化原料、反應溶劑和催化劑組成的起始混合物由原料進料管線6經原料入口24供應給氧化反應器1，而從氣體進料管線7經氣體注入進口26向反應器引入含分子氧的氣體。反應器1中的反應混合物通過攪拌器3攪拌以促進氧化反應，由此形成芳族羧酸。之後如此形成的芳族羧酸以晶體的形式析出形成漿料，其部分經漿料排出管線8從漿料排出的出口25連續被排出，再引至精製處理步驟。
在含分子氧氣體的注入作用下，促進了氧化反應器1中的反應液體的攪拌，因此使氧化反應有效地進行。在反應器1中形成的芳族羧酸晶體的漿料通過攪拌器3攪拌，由此阻止晶體沉降並有利於和反應液體中新形成的芳族羧酸接觸，以便通過晶體生長導致其在晶體上有效的析出。這對於在保持晶體平均粒徑不超過500μm和晶體濃度值不超過60％(重量)的過程中完成氧化反應是有益的，即使使用裝有單級攪拌葉片的攪拌器3且葉片安裝在如圖1所示氧化反應器1的下部，也能在令人滿意的防止晶體沉降的過程中達到有效的反應。
由氧化反應器1中的氧化反應產生的蒸汽和廢氣在流經熱交換器10的熱交換管27時經過了熱交換的處理並由此冷卻形成了冷凝液，隨後非可冷凝成分，如廢氣等，經廢氣管線15被排放掉。冷凝液收集在冷凝液接受器30上再經冷凝液引出管線14引至蒸餾塔(未畫出)。經冷卻水管線28供給熱交換器10的冷卻水圍繞著熱交換管27流動並通過熱交換被加熱產生蒸汽，該蒸汽經蒸汽排放管線29排放。
在圖2的實施方案中，攪拌器3裝有與反應器底23的內表面搭接的葉片旋轉的耙式攪拌器。蒸餾塔32被裝在液體層21和冷凝液接受器30之間的反應器1中。其它結構元件與圖1實施方案相同。儘管蒸餾塔32表示成為填充塔，但是，其它型式的，如板式塔和噴灑塔也是可以使用的。
在使用圖2所示裝置生產芳族羧酸時，結晶漿料的攪拌可通過耙式攪拌器3進行。由氧化反應產生的水蒸汽和廢氣進入蒸餾塔32以便回收反應溶劑，如低級脂肪族羧酸、催化劑等而進行蒸餾的處理。流經蒸餾塔的蒸汽和氣體再於熱交換器10內進行熱交換，由此形成冷凝液，冷凝液作為具有低含量雜質的補充水經冷凝液引出管線14回收。其它與圖1實施方案相同。
在圖1和2所示的實施方案中，通過配置在反應器下部的攪拌器3攪拌反應器中的反應混合物，使芳族羧酸的晶體與新形成的芳族羧酸直接接觸而不會引起晶體的沉積，由此導致晶體生長。由於把如上所述有關液體層深度與反應器內徑比和有關含分子氧氣體(大氣空氣)的進料速度這些條件的引入，能在排除氣體的旁路作用或流過下達到反應液體的徹底均化，藉此在均勻攪拌原料、催化劑和氣體的情況下實現有效的反應。因此允許採用小型化的攪拌器和能實現低成本、低燃料消耗和低振動生產芳族羧酸。通過安裝附加裝置，如熱交換器10和蒸餾塔32等，有可能實現有效利用攪拌罐以上的裝置面積，甚至允許放大裝置的尺寸。
圖3，以示意剖面圖的形式表示作為結晶器操作的攪拌罐另一實施方案。攪拌罐20具有熱交換器10安排在與此一體化的結晶器33以上的結構。結晶器33的結構與圖1所示氧化反應器1的相似並且被設計成液體層深度21的尺寸為罐內徑的0.5-4倍，結晶器在中間部分與用於向罐加入待處理水溶液的處理溶液進料管線6a連接和在較低部位與漿料排出管線8連接。在由中間部分到底的區段間於罐側壁的內表面上裝配擋板2。攪拌葉片5布置在離開罐底23有一段距離的罐下部並由驅動裝置22驅動，驅動裝置22經由穿過底23安裝的迴轉軸4安裝在底23的下方。
按下列方式在攪拌罐20中進行結晶。先溶解由氧化反應器1排出的結晶漿料，再通過例如氧化或象加氫處理的還原反應進行精製處理。把如此處理過的溶液由處理的溶液進料管線6a引入結晶器33，隨後釋放結晶器中的壓力以伴隨溫度的相應下降引起部分的水汽化，結果溶液變成過飽和的，由此引起晶體狀的芳族羧酸析出。處理過的水溶液在水沸騰的作用下得到攪拌並且在熱交換器10中形成的冷凝液經冷凝液引出管線14被分出。
當開動攪拌器3使攪拌葉片5旋轉時，析出的晶體在結晶漿料中會保持漂浮狀，因為與此同時能達到晶體與溶液的過飽和部分良好的接觸，所以能阻止晶體沉降有利其生長。如此形成的結晶漿料由漿料排出管線8被排出。通過裝配許多結晶器和重複所用的上述程序，可以獲得高純的芳族羧酸產品。
另外，在圖3所示結晶器33中，如在圖1和2中的氧化反應器1有可能使用小型化的攪拌器3，藉此完成低振動和低功率下的重結晶工藝，同時允許裝置放大尺寸和有效的利用裝置面積，以進行芳族羧酸的有效生產。
儘管以上的描述是指向有關本發明方法用在使用攪拌罐20於氧化反應器1和結晶器33二者的情況，但攪拌罐仍有可能用在兩者中的一種。儘管在以上描述中，指定熱交換器10或蒸餾塔32安裝在攪拌罐20以上的實施方案，但其它裝置的安裝或沒有任何這樣的安裝也是可能的。
代替如上給定的以渦輪葉片或耙式的攪拌葉片5的攪拌器3，其它形式的當然也可使用。
儘管本發明的方法適於生產對苯二酸，但該方法也能用於生產其它的芳族羧酸。
權利要求
1.生產精製芳族羧酸的方法，包含用含分子氧的氣體，在含有脂族羧酸的液體反應溶劑中，在氧化反應器內有氧化催化劑存在下，通過液相氧化使烷基芳族化合物氧化，以轉化該烷基芳族化合物為芳族羧酸，它在反應溶劑中作為晶體析出形成漿料，使所生成的漿料進行精製處理，隨後如此處理過的芳族羧酸在結晶器內重結晶，和分離重結晶過的酸以獲得精製的芳族羧酸，其中攪拌罐被用作氧化反應器和/或結晶器使用，所述罐在其下部裝有受迴轉軸驅動的攪拌器，該軸穿過罐底壁安裝和液相氧化和/或重結晶，是在以維持漿料中形成的芳族羧酸晶體平均粒徑不超出500μm和維持漿料中晶體的濃度不超過60％(重量)這樣的方式控制攪拌器性能的情況下在攪拌罐中完成的。
2.按權利要求1所述的方法，其中攪拌器是渦輪葉片式的攪拌器，它在保持距氧化反應器底壁一段距離的條件下旋轉。
3.按權利要求1所述的方法，其中攪拌器是耙式攪拌器，其葉片沿氧化反應器底表面搭接旋轉。
4.按權利要求1-3中任一項所述的方法，其中攪拌器是受液壓氣動馬達驅動的。
5.按權利要求1-4中任一項所述的方法，其中氧化反應器在其上部裝有熱交換器。
6.按權利要求1-5中任一項所述的方法，其中以氧化反應器操作的攪拌罐在其下部裝有供向其中注入含分子氧氣體用的入口，以便氣體的注入作用有助於攪拌效果。
7.按權利要求6所述的方法，其中以氧化反應器操作的攪拌罐具有的高度值在其直徑1.5-8倍的範圍內和向其注入含分子氧的氣體塔表面線速度在2000-9000Nm3/m2/hr範圍內。
8.按權利要求6或7所述的方法，其中以氧化反應器操作的攪拌罐在其上部裝有蒸餾塔。
9.按權利要求1-5中任一項所述的方法，其中以結晶器操作的攪拌罐具有的高度值在其直徑0.5-4倍的範圍內。
全文摘要
生產精製芳族羧酸的方法,包括用含分子氧的氣體,在含脂族羧酸的溶劑中,在催化劑存在下,經液相氧化使烷基芳族化合物氧化為芳族羧酸,它以晶體形式析出形成漿料,然後進行精製處理和在結晶器內重結晶,以及分離重結晶過的酸以獲得精製的芳族羧酸,其中攪拌罐作為氧化反應器和/或結晶器使用,其下部裝有攪拌器,和在攪拌罐中完成的液相氧化和/或重結晶是以維持漿料中的芳族羧酸晶體平均粒徑不超過500μm和漿料中晶體的濃度不超過60%(重量)的方式來控制攪拌器的性能。
文檔編號C07C63/16GK1243820SQ9911073
公開日2000年2月9日 申請日期1999年7月28日 優先權日1998年7月28日
發明者中尾藤正, 上田雅則, 巖田秀昭, 富高正, 梅田道生 申請人:三井化學株式會社