Способ очистки бензойной кислоты Советский патент 1992 года по МПК C07C51/48 C07C63/06 

Изобретение относится к области ароматических кислот, в частности, к усовершенствованному способу очистки бензойной кислоты для получения высоко- чистой бензойной кислоты с высоким выходом из неочищенных бензойных кислот, полученных при окислении толуола.

При получении бензойной кислоты посредством каталитического окисления толуола воздухом совместно с ней образуются побочные продукты различного характера, такие как бензальдегид. бензиловый спирт, дифенил, 2- и 3-метилдифенил, бензиловый эфир бензойной кислоты, дифенилкарбоно- вые кислоты и т.д. Такие побочные продукты присутствуют в толуоле и в бензойной кислоте, выходящих из окислительного реактора, и их необходимо отделять, если требуется получить бензойную кислоту, пригодную для промышленного и фармацевтического применения.

Известен способ получения бензойной кислоты окислением толуола и очисткой последней. Этот известный способ основан на окислении толуола сжатым воздухом под давлением 6-15 атмосфер и при температурах от 50 до и в присутствии подходящих катализаторов, таких как Со-Мл. при отгонке сначала непрореагировавшего толуола, сопровождающего бензойную кислоту, с последующей очисткой бензойной кислоты ректификацией на тарельчатой ректификационной колонне, где бензапьдегид, бензиловый спирт, оставшийся толуол и другие побочные продукты, все еще присутствующие в меньших количествах, отделяют в виде верхних погонов, причем этот поток, который содержит значительные количества бензойной кислоты, обычно рециркули- рует назад в окислительный реактор.

Бензальдегид отделяют от этого потока отпариванием и ректификацией, в -о время

Xf

в«ч

Д

GJ

как летучую фракцию и остаток, полученные при таком отделении, возвращают в окислительный реактор. Концевые продукты первичной ректификации бензойной кислоты затем дистиллируют на стадию повторной ректификации, чтобы получить бензойную кислоту, хотя и не превышающую по концентрации 80%, которую направляют в окислительный реактор. Остаток от этой повторной дистилляции, который содержит высококипящие примеси, выжигают. Из первичной ректификационной колонки бензойную кислоту получают при концентрации примерно 99% Примеси могут с среднем иметь следующий состав: дифенил, 2- и 3-ацетилдифенил и т.д.

При проведении вышеуказанного известного способа такая циркуляция головных продуктов от первичной ректификации (или головных и концевых продуктов после того, как выделен бензальдегид) и дистиллята вторичной ректификации назад в реактор обладает двумя основными недостатками.

Содержание побочных продуктов в потоках, текущих из окислительного реактор в первичную ректификационную колонну возрастает до тех пор, пока такие побочные продукты не находят себе выхода либо вместе с концевыми продуктами второй ректификации или вторичной ректификации, либо вместе с продуктом, причем это ухудшает качество полученной бензойной кислоты

Уменьшается производительность окислительного реактора за счет ого что скорость окисления толуола воздухом в присутствии растворимого катализатора обратно пропорциональна концентрации бензойной кислоты в реакторе окисления толуола, например, при концентрациял бензойной кислоты свыше 35% и при рабочих температурах от 155 до 180° С и давлениях 6-15 атмосфер реакции останавливаются. Таким образом, циркулирование больших количеств бензойной кислоты на зад в окислительный реактор приводит к снижению производительности

Целью изобретения является увеличение производительности и увеличение степени чистоты целевого продукта

Это достигается способом очистки бензойной кислоты, полученной путем жидко- фазного окисления толуола воздухом при температуре 160-180°С и давлении 8-15 атм с получением реакционной смеси, содержащей толуол, бензойную кислоту, бензальдегид, бензиловый спирт и другие побочные продукты, последующим сепарированием этой реакционной смеси до атмосферного давления и частичным отделением толуола перегонкой полученной смеси с отбором в

овр/т-гю - :олуола, а Е ачестье st/siine з пг бензой- ьоп кислоты, 5е- 3Srti8r/j a бензолового спирта, гог.уола и побочных продуктов, которую начрнв.г,я,от в г,ег-гмчь ю о ларную колонну, с которой отбирают дисгиплат, содержащий .олуоп, бензойную кислоту Ье - запЕ.,, ь. спирт, который направляют и ректиоика0 ционную колонн выделения бечзапьдеги- да, с верха КОТОРОЙ вр деляюгбенс-альдегид а с низа смесь С нзоичэй киспоты и побоч ных продуктов s/s ,ои 01 парной колонны выделок R первого

5 бокового пото.о фракцию содержащую тс- луол, бензойную псготу пссо -нче продукты в Ka -eciic второго бокового потока фракцию, содэр а.- ую бензойную кислоту

И КуЬОВЫЙ ПСПД/КТ OTiDj1/ НЗ I аВПЧ. ВО

0 ВТОРОЮ отмену с с-i v. полуиакл пео. деч- ную сензо1 «ую г iro v oriEoi продукт содержащей тях-льи, г оочиье продукты d отплчит пыюй особенностью является

5 то итс объес/ поток, по иен-|ый с низа рек)Иф/ &иио1-чои иг ны вь.дег ения бРнзгпьдегиД 0 -.1С олу s i .- -е ве первое го чОРогп i си и о i- .л, IKOI/ от

ПарНОЙ .чОЛС-гН . ПОТОК ПГЛуЧс-ЧЧь И С

0 вер/va BTODCH : с олс-i- o и направляют ПОГ fnl-.. , тriOTLV В

с есигель р jCi о. л ь,

кр сталгизацм. 1эг, э-i- , .а и его фил01 овзн ьов ,, St-,vf: Филь5 троьа-1Ря noji „, v- 1 11 ,:F. J . i.. гс ноге раствора зс ч о оос о г,пря о в сие С1/|тепь-оас еор/.ел.. ri ocrdBuH/oc 1ь. очищают i/ pnt-,гаnnиз ОТОСУЬ апрарля ют на зтору-о / рсван я где i/u

0 промывают 1слу ло - mi; ,d or оторгй даточный раствор ко.ооь й -опр„рляют в crie- cnrsn j-paciвориiзлj / ,;i/it . направ/ чют гЗ HG ti т- трова- н /я гдеих- рс ывао пек- и получают

5 третий ма.оинь,й сасгвэр , jTOpbin н&прав- ляхэт на Г|3дию с спенил , л Kpi1- сталлы очищенной бензо ьой исюгы

Было обнаружило ч го мохно увеличить производитепьнсстьреактора и в то же вре0 мя получать высокочист ю бензойную кислой/ z BLiCoi 1/м Di-ixoaoM ест верхний

ПРОДУКТ HJ ГСроИ -Нч И pe/TliO /kJ.Lt, -10- riOM КОЛОННЫ / .л «Я1 ИЗ BTCpl 4 1 От ТИфик-зщли -j о1/ кс ю-нь и/или ней ищечныб 5 продукты , ос чь (ьлвпио оен.сч-ьдегида которые сидео л оапчь.ечьнс большое общее когичестьс HL продувов очищать крист&ппис; i/ей неп 1еоь Вг J M образом л5 подхол - его с зн1/ еского растЕ-сри гел° т %t - ,о JOT ооесп&чивая интенсивное рециркулирование маточного раствора и ограниченную его очистку, чтобы можно было существенно уменьшить количество бензойной кислоты, расходуемой при очистке маточного раствора.

Ниже проведено (см.табл. 1) сопоставление чистоты полученной в вида продукта бензойной кислоты от отношения примесных побочных продуктов к бензойной кислоте в кристаллическом растворе (растворителем является толуол).

Таким образом, целью изобретения является создание способа очистки бензойной кислоты, получаемой каталитическим окислением толуола и очищаемой посредством ректификации., который заключается в том, что вторичные потоки, выходящие из отгоночной колонны, последовательно:

(а) подвергают, по меньшей мере, одной дистилляции и, по меньшей мере, одной кристаллизации з органическом растворителе,

(в) прО чыз&ют кристаллы со стадии (а) с использованием того же самого растворителя, как и на стадии (а),

(c)циркулируют маточный раствор от кристаллизации на стадии (а) вместе с маточным раствором со стадии (е) назад з растворитель.

(d)кристаллы по (в) подвергают последующему промывгнию с использованием того же самого растворителя, как и на стадии (э), причем промывочную жидкость циркулируют назад, и необязательно,

(e)подвергают последующей промывке водой кристаллы, промытые на стадии (d).

Поскольку в указанных стадиях (а), (в) и (с) в качестве растворителя используют толуол, промывочные жидкости циркулируют назад з реактор окисления толуола.

Увеличение производительности, достигаемое при работе окислительного реактора по способу по настоящему изобретению, будет проиллюстрировано ниже в сравнении с производительностью известных способов.

Предположим, что коммерчески можно получить максимальную концентрацию бензойной кислоты около 30%, которая содержится в окислительном реакторе в неподвижной фазе в непрерывном процесса, что приводит к тому, что:

(А) при работе в соответствии с известным способом, концентрация составлена из доли бензойной кислоть,. образующейся при реакции, вместе с долей бензойной кислоты, циркугируемой назад в реакторы вместе с вторичными потоками из первичной и вторичной ректификационных колонн (которые обычно составляют 5% из 30%

концентрации бензойной кислоты), другими словами, чтобы получить 100 ч-эстей ионеч ной бензойной кислоты известным способом, в реактор нужно пропустить 120

частей, и.з которых 20 частей являются р-т циркулирующим потоком:

(В) при работе в соответствии со способом по настоящему изобретению, окислительная система может эффективно дзаать

0 120 частей бензойной кислоты (против 1QO частей, которые получают в известном способе.

Дополнительное преимущество, даваемое способом по нестоящему изобретению.

5 заключается в улучшении качества бензойной кислоты, вырабатываемой первичной ректификационной колонной, действительно, исключив обратную циркуляцию бензойной кислоты и побочных продуктов назад в

0 окислите чьиый реактор, делают более чистой бензойную кислоту, текущую в первую ректификационную колонну. После ректификации получают бензойную кислоту, которая обладает улучшенной концентрацией

5 99,2% по сравнению с 99%, получаемой при работе в соответствии с известным способом.

Предпочтительная, но не ограничительная технологическая схема осуществления

С способа по настоящему изобретению (показанная из фиг.1 и 2. где буквенные символы относятся к реакционным устройствам, а позициями в скобках указаны потоки в способе) списана ниже.

5Толуол 2 и воздух 1 вместе с оензоатом

кобальта, з качестве катализатора, пропускают непрерывно в окислительный реактор RI. 3 реакторе поддерживают температуру от 160 до 180°С при давленом 8-15 атм, азст

0 и толуол выпускают из реактора в (3).

Реакционный продукт 4. содержащий непревра:леч :ый толуол, от 25% до 35% бензойной кислоты, примерно 2% бензаль- дегида и другие производные и побочные

5 продукты, пропускают s сепаратор S4, где давление снижают до окружающего давления. Во время этой стадии отгоняют часть толуола 5.

Оставшийся раствор 6 направляют в ди0 стиллятор С1, где отгоняют другую часть толуола 7. Остальной раствор, содержащий бензойную кислоту, бензальдегид. бензипо- вый спирт, побочные продукты и see еще некоторую часть толуола 8. направляют в

5 первичную отпарную колонну С2.

Верхний поток 10. выходящий из колонны, который содержит толуол, бензойную кислоту, бензальдегид, бензиловый спирт и т.д., направляют на стадию извлечения бен- зальдегида. Поток 11. содержащий бензойную кислоту и побочные продукты, возвращают с этой стадии1;

С первой тарелки в первичной ректификационной колонне отбирают толуол, бензойную кислоту и побочные продукты 9. Полученная бензойная кислота выходит из 13. Концевые продукты дистилляции С2 направляют во вторую отпарную колонну СЗ, откуда вытекает неочищенная бензойная кислота 14, а тяжелые побочные продукты с небольшими количествами бензойной кислоты выходят из 15.

В известном способе потоки 9, 11 и 14 возвращают в окислительный реактор, в то время как в способе по изобретению их направляют на кристаллизационную очистку.

Это осуществляют в соответствии с диаграммой, изображенной на фиг.2.

Смешанные потоки 9, 11 и 14 подают в 16 в смеситель-растворитель Д1, в то время, как в 28 подают маточный раствор от кристаллизации в толуольном растворителе. Температуру смесителя-растворителя Д1 поддерживают при 50-110°С, при давлении, не превышающем атмосферного давления.

Внутри смесителя-растворителя поддерживают атмосферу инертного газа. Бензойную кислоту и побочные продукты. растворенные в толуоле, которые выходят из Д1, направляют в виде потока 17 в кристаллизатор CR, в котором поддерживают температуру 10-40°С при давлении/меньшем или равном атмосферному давлению.

Концентрация бензойной кислоты в CR составляет 20-40%, а концентрация побочных продуктов - 20-40%.

Из CR суспензию кристаллов в маточном растворе направляют в виде потока 18 в центрифугу СЕ (либо в любой подходящий аппарат для отделения кристаллов из жидкости), где кристаллы отделяют, а маточный раствор 27 направляют назад в смеситель- растворитель Д1. Из 26 осуществляют уда ление маточного раствора в таких количествах, чтобы фактически удалить все побочные продукты, введенные в 16.

Кристаллы, выходящие из СЕ в виде потока 19, направляют в центрифугу CEL1 (или в другое подходящее устройство, чтобы отделить кристаллы от жидкости), где их промывают толуолом ( можно необязательно промывать кристаллы в самой центрифуге СЕ). Промывочную жидкость 25, выходящую из CEL1, пропускают в смеситель-растворитель Д1.

Кристаллы, выходящие из CEL1 в виде потока 20, снова промывают в CEL2 толуолом 23, в то время как промывочные жидкости 22, содержащие значительные количества толуола, подают в окислительный реактор. Крчскг пы бензойной кислоты выводят i/i3 21 -л отгоняют от них оставшийся толуол обычными способами (например, вакуумной сушкой или отпариванием). Если

нужно, кристаллы очищают от толуола посредством промызки водой.

Следующей пример является показательным примером настоящего изобретения и не ограничивает сбъемэ л сущности

0 изобретения. Для простоты з примере бензойную кислоту обозначили АВ Пример. Окисление толуола А - Окисление и очистка согласно изобретению.

5 А.1 - Окисление и о«ис. дистилляцией (на 100 частей по массе ое.-иойнсй кислоты производимой ежечасно пр. непрерывном процессе).

В.2 - Очистка кристаплизациьй

0Потоки 9, 1 , .1 14 но 5 5 12 t 3 74

31,45 частей по г-.ассе соответственно кристаллизовали непрерывно в соответствии со схемой, показанной на 2. кри алли- зованной системы получают выход 20.83 ча5 стей бензойной кислоты, которая после высушивай1 п толуола покусывает чистоту на газовом хроматографе 99,8%

Таким обрэ:ом эжзччсный ьыход бензойной кислсть, „ссгизляе 1JC т 20,83

0 120,83 частей ic v,a:ce против 10П частей по маосе, ч в / -t,ocrh-, - ссобэч. Состав раствора бензо/-- ;/, , ., j тзлутла и побочных продуктов, из soioporc гюпучаюг кристаллическх ю оензсйн/ю укз5 занный, ка, т ото л 17, поиьеиен Е. абпице, в которой также указаны составы основных потоков споссЬс. очистки кристаллизацией В зтом потоке 17 отношение поЈс,ьых продуктов к бензойной «зелоте составляет

0 0948,т.е. практически одна часть бензойной кислото, сопровождав Ся одной астью побочных пооду гг п Лля удобства иллюстрации каждой г.сгок подразделен натри его основных компоненте в час гнести, на толу5 ол, бензойную кислоту и побочные продукты

Одна и та же установка, то тот же окислительный реактор, может привести к увеличению производительности примерно

0 на 20% по сравнению с известными способами. Постом/ производительность той же установки становится на 20% .-и же

Это свльанс с тем, что окисл/тзльный реактор больше ,-е 1,сго;.ьзуется пли обра5 ботки рзцирк лируемых вторичны потоков, которые содеожаг большие чоличесгва бензойной кислоты,

Другими словами поскольку концентрация бензойной кислоть: затекающей из окислительного всегда посто-, -гно

равняется 25-30%, то зта бензойная кислота:

в соответствии с известным способом в основном поступает из вторичных потоков;

в соответствии с изобретением вся образуется в окислительном пег.торе.

Вторым важным преимуществом изобретения является чистота получаемой бензойной кислоты. Фактически, окраска по шкале Американской ассоциации здравоохранения и достигаемая чистотз представляют следующее (см.табл.З).

Как известно, окраска по шкале Американской ассоциации здразоохранения является практическим индексом чистоты.

В табл. 4 показана кристаллизация бензойной кислоты, получаемой в соответствии с технологической схемой, показанной на фиг.2.

Формула изобретения Способ очистки бензойной кислоты, полученной путем жидкофазного окисления толуола воздухом при температуре 160- 180°С и давлении 8-15 атм с получением реакционной смеси, содержащей толуол, бензойную кислоту, бензальцзгид, бензило- вый спирт и другие побочно.е продукты, последующим сепарированием этой реакционной смеси до атмосферного давления и частичным отделением толуола, перегонкой полученной смеси с отбором в качестве верхнего продукта толуола, а Б качестве нижнего продукта - смеси бензойной кислоты, бензальдэгида, бензилового спирта, толуола и побочных продуктов, которую направляют в первичную отпарную колонну,с верха которой отбирают дистиллат, содержащий толуол, бензойную кислоту, бензаль- дегид и бензилозый спирт, который

направляют в ректификационную колонну выделения бензальдегида, с верха которой выделяют бензальдегид, s с низа смесь бензойной кислоты и побочных продуктов, из

первичной отпзрной колонны выделяют в качестве neosoro бокового потока фракцию, содержащую толуол, бензойную кислоту и побочные продукты, качестве второго бокового потока фракцию, содержащую бекзойную кислоту л кубовый продукт, который направляют во вторую отпарную колонну, с верха которой получают фракцию, содержащую неочищенную бензойную кислоту, и кубовый продукт, содержащий тяжелые

побочные продукты, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности и увеличения степени чистоты це- левого продукта, объединяют поток, полученный с низа ректификационной коло.-шы выделения бензальдегида, поток, полученный в качестве первого бокового потока в первичней отпарной колонке, и поток, полученный с верха второй отпарной колонны, и направляют полученный объединенный поток в смеситель-растворитель с последующей кристаллизацией полученного продукта и его фильтрованием на первой стадии фильтровгчия с получение 1 первого маточного раствора, часть ко i орогс напрааляют s смеситель-растворитель, а остав1иую- ся часть продувают, и кристаллов, которые направляют на вторую стадию фильтрования, где мх промывают толуолом и получают второй маточный раствор, который направляют

в смеситель-растворитель, и кристаллов, кс- торые направляют на третью стадию фильтрования, где их промывают толуолом и получают третий маточный раствор, который направляют на стадию окисления толуола, и

кристаллы очищенной бензойной кислоты.

Отношение примесей

в бензойной кислоте

(по весу)

Таблица 1

Газохромато графическая чистота бензойной кислоты, полученной при кристаллизации.

J4

0,1

0,16

G.24

0.22

0,21

0,14

0.15

л ,i м a

Потоки

(16) (17) (19) Г ) 21) ( 2) {25, | (26,

Толуол 1,86 30,j Z,U82,;ь ,gS6,3Ь,Л 22,2F 5

Бензойная кислота 23,7 33, б 22,86г,(.2С.8307 1,5 S 55,75

Побочные продукту 5,89 31,73 1,94 лсг}Ы яыСль jt.1,S9,lf -3,Ь S.S-,

Всего 31, S5,6 27|5121,5) 67Ч Ь 5ч, iifi, i

Примечание. bo3apai4&di Рокис;итс

потока9т

ТОЛУОЛ LiL -i.rplC

L i T(j 1И

j

л.

5)

PI

ь

.L5

фуг /

i аблииа 2

з о л м и з 3

Окра. а по чале Американской | циации здравоохса- и

200,коричневая , бледио-хе/гзя

л ,i м a k

(27)

| (26,

(26)

ТОЛУОЛ LiL -i.rplC

L i T(j 1И Ч

J1P

,

с

г;

(

/Л, f)

Lii

1

У /U/

Редактор Л.Народная

Составитель Н.Куликова Техред М.Моргентал

Заказ 3391ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

«M

(u

3

s

Корректор И.Шмаковс

7

Л