DE1643733A1 - Process for the preparation of benzene carboxylic acids - Google Patents
Process for the preparation of benzene carboxylic acidsInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Benzolcarbonsäuren Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Benzolcarbonsäuren durch Oxydation von entsprechend substituierten Benzolen mit Entspannung, fraktionierter Destillation und Rückführung eines leils des flüssigen Reaktionsgemischs. Process for the preparation of benzenecarboxylic acids is the subject of this Invention is a process for the preparation of benzenecarboxylic acids by oxidation of appropriately substituted benzenes with relaxation, fractional distillation and recycling a portion of the liquid reaction mixture.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, nach denen durch Alkyl-, Hydroxyalkyl- und/oder Formylgruppen substituierte w Benzole in flüssiger Phase in Gegenart geeigneter Katalysatoren und Lösungsmittel mit sauerstoffhaltigen Gasen zu entsprechenden Benzolcarbonsäuren oxydiert werden (Deutsche Patentschrift 1 008 279, US-Patentschriften 3 089 907, 3 240 803, belgische Patentschrift 670 307) 0 Im allgemeinen dienen als Lösungsmittel niedermolekulare Fettsäuren, als Katalysatoren Schwermetallsalze, wie Kobalt Mangan- oder Cerverbindungen, in der Regel zusammen mit Bromionen liefernden Verbindungen oder mit Aktivatoren wie Peroxiden, Ozon oder peroxidbildenden Verbindungen. Die Oxydation der substituierten Benzole kann, abhängig von den relativen Konzentrationen zueinander und v-om Partialdruck an Sauerstoff, in einem weiten Bereich der Temperatur-und Druckbedingungen durchgeführt werden. Die großtechnische Durchführung der Reaktion, die bei eine Minimum an Einsatzstoffen und Energieverbrauch hohe Umsätze und Ausbeuten ermöglichen soll, wirft aber wesentliche Probleme auf.Various methods are known, according to which by alkyl, hydroxyalkyl and / or formyl groups substituted w benzenes in the liquid phase in counterpart more suitable Catalysts and solvents with oxygen-containing gases to corresponding benzene carboxylic acids be oxidized (German Patent 1 008 279, US Patent 3 089 907, 3 240 803, Belgian patent specification 670 307) 0 In general, serve as solvents low molecular weight fatty acids, as catalysts heavy metal salts such as cobalt manganese or cerium compounds, usually together with bromine ion-yielding compounds or with activators such as peroxides, ozone or peroxide-forming compounds. the Oxidation of the substituted benzenes can, depending on the relative concentrations to each other and v-om partial pressure of oxygen, in a wide range of temperature and Printing conditions be performed. The large-scale implementation the reaction that generates high sales with a minimum of input materials and energy consumption and should enable yields, but raises significant problems.
Wie bei jeder Oxydationsreaktion müssen erhebliche Wärmemengen abgeführt werden. Es wurde schon vorgeschlagen, die Reaktionswärme durch die Reaktorwand und über inner- und außerhalb des Reaktors angeordnete Kühlflächen abzuführen.As with any oxidation reaction, considerable amounts of heat have to be dissipated will. It has already been proposed that the heat of reaction through the reactor wall and to be discharged via cooling surfaces arranged inside and outside the reactor.
Ein Teil des flüssigen Reaktionsgemischs kann unter dem Reaktionsdruck auch über einen entsprechenden Kühlkreis (gekühlte Leitungen, Kühlflächen) geführt werden. Alle solche Verfahren erfordern in einem industriellen Maßstab kostspielige Kühleinrichtungen. Treten bei der Reaktion feste Endstoffe auf, z. B. im Falle von Terephthalsäure, so ergeben sich Verkrustungen in den gekühlten Zonen und erhebliche Betriebsstörungen.A part of the liquid reaction mixture can under the reaction pressure also routed via a corresponding cooling circuit (cooled lines, cooling surfaces) will. All such processes require expensive ones on an industrial scale Cooling devices. If solid end products occur in the reaction, e.g. B. in the case of Terephthalic acid, so there are incrustations in the cooled zones and considerable Operational disruptions.
Es wurde zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten vorgeschlagen, die Reaktionswärme durch Verdampfungskühlung abeuführen.In order to avoid these difficulties it has been suggested that Remove heat of reaction by evaporative cooling.
Hierbei wird ein Teil der leicht flüchtigen Anteile des Reaktionsgemischs innerhalb des Reaktionsraunes verdampft und zusammen mit den gasförmigen Anteilen (z. B. Sauerals Abgas stoff, Stickstoff, Kohlendioxid) des Gemischs abgeführt.During this process, some of the volatile components of the reaction mixture are used evaporated within the reaction room and together with the gaseous components (z. B. Sauerals waste gas, nitrogen, carbon dioxide) of the mixture discharged.
Bei der Verdampfungskühlung sind aber aus Gründen der Betriebssicherheit der Auswahl von Reaktionstemperatur und -druck sowie der Zusammensetzung des Abgaseglmischs gewisse Grenzen gesetzt. So kann z. B. nicht mit reinem Sauers'off bei erhöhtem Druck gearbeitet werden. Das Abgas darf nicht mehr als 8 VolO0XtO Sauerstoff enthalten. Bei niedrigen Reaktionstemperaturen ist eine Verdampfungskühlung nic ht ausführbar bzw. zumindest unwirtschaftlich; gebildetes Reaktionswasser tritt nur in geringen Mengen mit dem Abgas aus. Da andererseits im Hinblick auf Ausbeuteverluste das Reaktionswasser im Gemisch eine Menge bis zu 10 Gew., bezogen auf Alkancarbonsäure, nicht überschreiten sollte, muß in solchen Fällen eine zusätzliche Abtrennung des Wassers, z. 13. durch Destillation, vorgenommen werden. Verwendet man Luft als Oxydationsmittel, so tritt eine durch den Stickstoff erhöhte Abgasmenge aus, die erhöhte Mengen an leicht flüchtigen Aktivatoren, z. 13. Methyläthylketon, Bromwasserstoff, Butan oder Lösungsmitteln, z. B. Essigsäure, mit sich reißt. Diese Komponenten sind großtechnisch schwierig wiederzugewinnen und beeinträchtigen somit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Daneben ist die Verunreinigung der Atmosphäre, z. B. durch Bromwasserstoff, eine unerwünschte Begleiterscheinung.In the case of evaporative cooling, however, for reasons of operational safety the selection of reaction temperature and pressure as well as the composition of the exhaust gas mixture certain There are limits. So z. B. not worked with pure oxygen at elevated pressure will. The exhaust gas must not contain more than 8 volOXtO oxygen. At low At reaction temperatures, evaporative cooling cannot or at least not be carried out uneconomical; water of reaction formed occurs only in small quantities with the Exhaust gas. On the other hand, with regard to yield losses, the water of reaction Do not exceed an amount of up to 10% by weight in the mixture, based on alkanecarboxylic acid should, in such cases, an additional separation of the water, z. 13. through Distillation. If air is used as an oxidizing agent, it occurs an increased amount of exhaust gas due to the nitrogen, the increased amounts of highly volatile Activators, e.g. 13. methyl ethyl ketone, hydrogen bromide, butane or solvents, z. B. acetic acid, carries with it. These components are difficult on an industrial scale recover and thus affect the economy of the process. In addition, the pollution of the atmosphere, e.g. B. by hydrogen bromide, a undesirable side effect.
Es wurde nun gefunden, daß man Benzolcarbonsäuren durch Umsetzung von durch Alkyl-, Hydroxyalkyl- und/oder Formylgruppen substituierten Benzolen mit Sauerstoff in flüssiger Phase in Gegenwart von SEhwermetallkatalysatoren zusammen mit Bromiden und/oder Peroxiden oder peroxidbildenden Verbindungen und in Anwesenheit von Alkancarbonsäuren bei erhöhter Temperatur und bei erhöhtem Druck vorteilhaft erhält, wenn man einen Teil des flüssigen, unter dem Reaktionsdruck stehenden Reaktionsgemischs aus dem Reaktionsraum abzieht, auf einen Druck von 0,1 bis 1 at entspannt, die bei der Entspannung entstehenden Dämpfe durch Destillation fraktioniert und den bei der Entspannung nicht verdampfenden Anteil wieder ganz oder teilweise der Reaktion zuführt, wobei bei der Fraktionierung das anfallende Wasser abgetrennt wird und das restliche Kondensat gegebenenfalls der Reaktion wieder zugeführt wird.It has now been found that benzenecarboxylic acids can be reacted of benzenes substituted by alkyl, hydroxyalkyl and / or formyl groups with Oxygen in the liquid phase in the presence of heavy metal catalysts with bromides and / or peroxides or peroxide-forming compounds and in the presence of alkanecarboxylic acids at increased Temperature and at elevated Pressure is advantageously obtained if one part of the liquid is below the reaction pressure standing reaction mixture withdraws from the reaction chamber, to a pressure of 0.1 relaxed to 1 atm, the vapors produced during the relaxation by distillation fractionated and the portion that does not evaporate during the relaxation completely or partially fed to the reaction, with the fractionation resulting Water is separated off and the remaining condensate, if appropriate, the reaction again is fed.
Das Verfahren nach der Erfindung liefert eine große Zahl von Benzolcarbonsäuren in guter Ausbeute und auf einfachem Wege.The process of the invention provides a large number of benzenecarboxylic acids in good yield and in a simple way.
Im Vergleich zu den vorgenannten Verfahren benötigt das Verfahren keine kostspieligen Kühleinrichtungen und erlaubt einen breiteren Bereich der Reaktionsbedingungen. Das gebildete Reaktionswasser kann bis auf eine Menge von Ges. %, bezogen auf Alkancarbonsäure, der Reaktion entzogen werden.Compared to the aforementioned method, the method requires no expensive cooling equipment and allows a wider range of reaction conditions. The water of reaction formed can be up to an amount of total%, based on alkanecarboxylic acid, be withdrawn from the reaction.
Im Falle fester Endstoffe werden Verkrustungen, Verstopfungen und somit Betriebsstörungen vermieden. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Feststoffe, insbesondere Terephthalsäure, in einer leicht filtrierbaren Form anfallen. Im Vergleich zu den Verfahren mit Verdampfungskühlung entstehen weit geringere Verluste an leicht flüchtigen Lösungsmitteln oder Aktivatoren, insbesondere bei Verwendung von Luft als Oxydationsmittel. Stickstoff und andere inerte Gase sind in der flüssigen Phase kaum enthalten, die Abgasmenge aus den bei der Entspannung anfallenden Dämpfen ist daher gering, die genannten leicht flüchtigen Verbindungen können somit praktisch ohne wesentliche Verluste in der fraktionierten Destillation wieder-gewonnen werden, unerwünschte leicht flüchtige Bestandteile, z. B. Ameisensäure, Wasser, hingegen entfernt werden. Die geschilderten Vorteile werden nach dem Verfahren der Erfindung unter Ausnutzung der Reaktionswärme erzielt, die Reaktionswärme wird daher im Vergleich zu den bekannten Verfahren in besonders wirtschaftlicher Weise abgeführt.In the case of solid end products, encrustations, blockages and thus avoiding operational disruptions. A particular advantage is that the Solids, especially terephthalic acid, are obtained in an easily filterable form. Compared to the methods with evaporative cooling, there are far lower losses of volatile solvents or activators, especially when used of air as an oxidizing agent. Nitrogen and other inert gases are in the liquid Phase barely contain the amount of exhaust gas from the in relaxation The vapors produced are therefore low, the volatile compounds mentioned can thus practically without significant losses in the fractional distillation are recovered, undesirable volatile components, e.g. B. formic acid, Water, however, can be removed. The advantages outlined are based on the procedure the invention achieved by utilizing the heat of reaction, the heat of reaction is therefore in a particularly economical manner compared to the known processes discharged.
Als Ausgangsstoffe werden durch Alkyl-, Hydroxyalkyl- und/ oder Formylgruppen substituierte Benzole verwendet, wobei die Alkyl- bzw. Hydroxyalkylgruppen vorzugsweise jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatome besitzen. Bevorzugte Ausgangsstoffe sind mit Alkyl-, llydroxyalkyl- und/oder Formylgruppen 3-oder insbesondere 2-fach substituierte Benzole.The starting materials are alkyl, hydroxyalkyl and / or formyl groups substituted benzenes are used, the alkyl or hydroxyalkyl groups being preferred each have 1 to 4 carbon atoms. Preferred starting materials are with alkyl, Glydroxyalkyl and / or formyl groups triple or, in particular, double substituted benzenes.
So können folgende substituierte Benzole als Ausgangsstoffe verwendet werden: In o-, oder p-Stellung substituierte Xylole, Cymole, Methyl-äthylbenzole, Diisopropylbenzole, Äthylbutylbenzole, Toluylaldehyde; Pseudecumol, Toluol, Durol, Mesitylen, Hemimellitol-,- 1, 3, 5,-Triäthylbenzol, Di-tert.-butylbenzole, Benzaldehyd, Xylenole, Benzyl alkohol.The following substituted benzenes can be used as starting materials are: Xylenes, cymene, methyl-ethylbenzenes substituted in the o- or p-position, Diisopropylbenzenes, ethylbutylbenzenes, toluylaldehydes; Pseudecumene, toluene, durol, Mesitylene, hemimellitol -, - 1, 3, 5, triethylbenzene, di-tert.-butylbenzenes, benzaldehyde, Xylenols, benzyl alcohol.
Die Ausgangsstoffe werden mit Sauerstoff allein oder im Gemisch mit unter den Reaktionsbedingungen inerten Gasen, z. B. in Form von Luft, umgesetzt, wobei man den Sauerstoff in der Regel in einem von der Zahl der Substituenten abhängigen Verhältnis von 1 Mol Sauerstoff auf 0,02 bis 2 Mol Ausgangsstoff verwendet. Bei vorliegendern Verfahren wählt man, wie auch bei allen bekannten Verfahren, aus Sicherheitsgründen die Reaktionsbedingungen so, daß der Sauerstoffgehalt im Abgas einen kritischen Wert, der von der Zusammensetzung des Abgases abhängt, nicht überschreitet.The starting materials are used alone or in a mixture with oxygen gases inert under the reaction conditions, e.g. B. in the form of air, implemented, where the oxygen is usually dependent on the number of substituents Ratio of 1 mole of oxygen to 0.02 to 2 moles of starting material used. at As with all known methods, the present method is chosen for safety reasons the reaction conditions so that the oxygen content in the exhaust gas is critical Value, which depends on the composition of the exhaust gas, does not exceed.
Im allgemeinen liegt dieser Wert etwa bei 5 bis 7 Vol.% Sauerstoff, bezogen auf Abgas.In general, this value is about 5 to 7 vol.% Oxygen, based on exhaust gas.
Die Umsetzung wird in Gegenwart von Schwermetallkatalysatoren, in vielen Fällen von Verbindungen der Metalle der 7. oder 8. Gruppe des periodischen Systems, durchgeführt.The reaction is carried out in the presence of heavy metal catalysts in many cases of compounds of metals of the 7th or 8th group of the periodic Systems.
Bevorzugte Katalysatoren sind Salze von Eisen, Nickel, Chrom, Zinn, Vanadium, Molybdän, Cadmium, Ulei, Cer, Palladium und insbesondere Kobalt oder Mangan. Solche Metallsalze können anorganischer oder organischer Natur sein, z. B. Perchlorate, Chloride, Bromate, Propionate, Butyrate, Phthalate, Naphthenate oder insbesondere Bromide oder Acetate. Man kann auch Gemische der genannten Katalysatoren verwenden, z. B. Manganbromid oder-azetat zusammen mit Ammoniummolybdat, Wolframsäure oder Kobaltazetat. Im allgemeinen wird der Katalysator in einer Menge von 0,1 bis 50 Mol.0a1, bezogen auf Ausgangsstoff, angewendet.Preferred catalysts are salts of iron, nickel, chromium, tin, Vanadium, molybdenum, cadmium, uli, cerium, palladium and especially cobalt or manganese. Such metal salts can be inorganic or organic in nature, e.g. B. perchlorates, Chlorides, bromates, propionates, butyrates, phthalates, naphthenates or in particular Bromides or acetates. You can also use mixtures of the catalysts mentioned, z. B. manganese bromide or acetate together with ammonium molybdate, tungstic acid or Cobalt acetate. Generally, the catalyst is used in an amount from 0.1 to 50% Mol.0a1, based on the starting material, applied.
Neben dem Schwermetallkatalysator gelangen in vielen Fällen noch Bromide als Aktivatoren zur Anwendung. Solche Bromide sind z. B. Natriu-, alium-, Ammonium-, Calcium-, Barium-, Antimon-, Zinn-, Aluminium-, Magnesium-bromid oder insUesondere Kobalt-, J3lei-oder Manganbromid. Man kann auch ihre Gemische oder Verbindungen, die während der Reaktion mit dem Schwermetallkatalysator solche Bromide bilden, verwenden, z. B. Bromwasserstoff. oder Tetrabromäthan. Im allgemeinen wird die Reaktion in Gegenwart von 0 bis 100 Mol., an Bromid, bezogen auf Ausgangsstoff, durchgeführt.In addition to the heavy metal catalyst, bromides are also used in many cases as activators for use. Such bromides are e.g. B. sodium, aluminum, ammonium, Calcium, barium, antimony, tin, aluminum, magnesium bromide or in particular Cobalt, lead, or manganese bromide. You can also use their mixtures or compounds, which form such bromides during the reaction with the heavy metal catalyst, use, e.g. B. hydrogen bromide. or tetrabromoethane. Generally the reaction will In the presence of 0 to 100 mol., Of bromide, based on the starting material.
Peroxide oder perfoxidbildende Verbindungen können als Aktivatoren bei der Reaktion neben Schwermetallkatalysatoren und gegebenenfalls Bromiden anwesend sein, z. B. Kobaltacetat und Acetaldehyd bzw. Kobaldbrornid, Manganbromid und Methyläthylketon.Peroxides or perfoxide-forming compounds can be used as activators present in the reaction in addition to heavy metal catalysts and optionally bromides be e.g. B. cobalt acetate and acetaldehyde or cobalt bromide, manganese bromide and methyl ethyl ketone.
Bevorzugte Peroxide sind z. 13. Ozon, Xylolhydroperoxid, Perben--säure sind zoe, bevorzugte peroxidbildende Verbindungen z. B. Methyläthylketon, Acetaldehyd, Cyclohexanon, Propionaldehyd, Butyraldehyd, Methyl-n-propylketon, Diäthylketon, 2,4-Pentandion, 2,5-in der Regel Hexandion, Toluyldehyd, Butanole, Butan. Man verwendet sie in einer Menge von 0 bis 100 Mol.%, bezogen auf Ausgangsstoff.Preferred peroxides are e.g. 13. Ozone, xylene hydroperoxide, perbenic acid are zoe, preferred peroxide-forming compounds z. B. methyl ethyl ketone, acetaldehyde, Cyclohexanone, propionaldehyde, butyraldehyde, methyl-n-propyl ketone, diethyl ketone, 2,4-pentanedione, 2,5-usually hexanedione, toluyldehyde, butanols, butane. One uses they in an amount of 0 to 100 mol.%, Based on the starting material.
Dio Reaktion wird diskontinuierlich oder vorzugsweise kontinuierlich bei erhöhter Temperatur, im allgemeinen zwischen 50 und 250 OC, vorzugsweise zwischen 80 OC und 200 OC, und bei erhöhtem Druck, im allgemeinen bei 1 bis 100 , vorzugsweise bei 1,3 bis 25 at, durchgeführt. Als Lösungsmittel werden Alkancarbonsäuren, vorzugsweise mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, z. 13. Essigsäure, verwendet, im allgemeinen in einer Menge von 100 bis 10 000 MOl.'o, bezogen auf Ausgangsstoff.The reaction is discontinuous or, preferably, continuous at elevated temperature, generally between 50 and 250 OC, preferably between 80 OC and 200 OC, and at increased pressure, generally at 1 to 100, preferably at 1.3 to 25 atm. Alkanecarboxylic acids, preferably with 2 to 4 carbon atoms, e.g. 13. Acetic acid, used in general in an amount of 100 to 10,000 molar, based on the starting material.
Nach dem Verfahren der Erfindung wird ein Teil des flüssigen, unter dem Reaktionsdruck stehenden Reaktionsgerischs aus dem Reaktionsraum abgezogen (I). Der Reaktionsraum, die Austrittsstelle des Gemischteiles und der Beginn des Austritts kann beliebig gewählt werden. ZweckmäBig läßt man die Reaktion einige Zeit anlaufen, bevor man einen Teil des Gemischs, vorzugsweise an einer Stelle des Reaktionsraumes wo die Hauptmenge des verwendeten Sauerstoffs schon verbraucht ist, entnimmt.According to the method of the invention, part of the liquid, under The reaction mixture under the reaction pressure is withdrawn from the reaction space (I). The reaction space, the exit point of the mixture part and the beginning of the exit can be chosen arbitrarily. The reaction is expediently allowed to start for a while, before part of the mixture, preferably at one point in the reaction space where most of the oxygen used has already been consumed.
Man kann die Reaktion z. B. wie folgt beginnen: In einen vertikalen Reaktor werden Ausgangsstoff, Lösungsmittel und die genannten Katalysatoren und Aktivatoren eingefüllt, dann wird Sauerstoff von unten, z. B. über eine Düse, eingeführt und die Reaktion einige Zeit, z. B. 0,1 Stunden, durchgeführt.You can see the reaction z. B. start as follows: In a vertical Reactor are starting material, solvent and the mentioned catalysts and Activators are filled in, then oxygen is introduced from below, e.g. B. introduced via a nozzle and the reaction takes some time, e.g. B. 0.1 hours performed.
Dann entnimmt man aus dem oberen Drittel des Reaktors, aber noch unterhalb eines gegebenenfalls gebildeten Abgaspolsters, einen Teil des flüssigen Gemischs. In der Regel beträgt dieser Teil je Stunde eine Menge von 1 bis 10 000, vorzugsweise von 100 bis 5 000 Gew.%, bezogen auf das Reaktionsgemisch im Reaktionsraum.Then you take from the upper third of the reactor, but still below an optionally formed exhaust gas cushion, part of the liquid mixture. As a rule, this part is an amount of 1 to 10,000 per hour, preferably from 100 to 5,000% by weight, based on the reaction mixture in the reaction space.
Der abgezogene Teil des flüssigen Gemischs (I) wird dann von seinem Reaktionsdruck auf einen Druck von 0,1 bis 1 at entspannt, z. B. mittels eines steuerbaren Ventils. Beim Entspannen verdampft ein Teil der leichter flüchtigen Anteile (II) und der nicht verdampfte Teil (III) kühlt sich ab. Zweckmäßig entspannt man das Gemisch (I) in den Sumpf einer Destillationskolonne, die über einen Kondersatorteil gegebenenfalls mit einer Vakuumpumpe verbunden ist.The withdrawn part of the liquid mixture (I) is then from his Reaction pressure relaxed to a pressure of 0.1 to 1 at, z. B. by means of a controllable Valve. When the pressure is released, some of the more volatile components (II) evaporate and the non-evaporated part (III) cools down. It is useful to relax that Mixture (I) in the bottom of a distillation column, which is via a condenser part possibly connected to a vacuum pump.
Die anfallenden dampfförmigen Anteile (11) enthalten das Reaktionswasser, gelöste Gase, z. B. Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, und flüchtige Anteile des Ausgangsgemischs (in), z.The resulting vaporous fractions (11) contain the water of reaction, dissolved gases, e.g. B. carbon monoxide and carbon dioxide, and volatile components of the starting mixture (in), e.g.
X, Methyläthylketon, Bromwasserstoff, Essigsäure, Alkylbenzole.X, methyl ethyl ketone, hydrogen bromide, acetic acid, alkylbenzenes.
Sie werden in der Kolonne durch Destillation fraktioniert.They are fractionated in the column by distillation.
Wasser, Abgas und ein Teil der flüchtigen Anteile (IV) werden nach Austritt aus der Kolonne über einen Kondensator geleitet. Aus dem gebildeten Kondensat wird Wasser, das noch z. B. Essigsäure oder Methyläthylketon enthalten kann, abgetrennt. Eine vor allem bei Oxydation von Tolunol und Xylole verbleibende organische Schicht, die neben flüchtigen Anteilen (IV) noch Spuren von Wasser enthält, kann verworfen oder zweckmäßiger der Kolonne wieder zugeführt werden.Water, exhaust gas and some of the volatile components (IV) are after Exit from the column passed through a condenser. From the condensate formed is water that is still z. B. acetic acid or methyl ethyl ketone, separated. An organic layer that remains, especially when tolunene and xylenes are oxidized, which contains traces of water in addition to volatile components (IV) can be discarded or more expediently fed back to the column.
Auf die geschilderte Weise wird in der Kolonne durch Fraktionierung und Kondensation Abgas und Wasser dem eintretenden Gs misch (I) entzogen. Gleichzeitig kann dadurch der Wassergehalt im Reaktionsgemisch bis auf <1 Ges. %, bezogen auf Reaktion gemisch, herab gemindert werden. bies ist ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens, da ja ein höherer Wassergehalt, z. B. über 10 GewOwhei der Oxydation von p-Xylol zu Terephthalsäure, die Ausbeute an Endstoff verschlechtert.In the manner described is in the column by fractionation and condensation exhaust gas and water from the incoming gas mixture (I) withdrawn. Simultaneously The water content in the reaction mixture can thereby be reduced to <1% by weight mixed reaction to be diminished. bies is an essential Advantage of the process, since a higher water content, e.g. B. over 10 trades Oxidation of p-xylene to terephthalic acid, which worsens the yield of the end product.
Der bei der Entspannung nicht verdampfende, abgekühlte Anteil (III), gegebenenfalls zusammen mit dem Kondensat (1V) der Fraktionierung, wird wieder ganz oder teilweise der Reaktion zugeführt. Er kann neben den flüssigen, nicht abgetrennten Bestandteilen des Gemischs (I) auch feste Anteile, z. B. auskristallisierte Terephthalsäure, enthalten.The cooled portion (III) that does not evaporate during the expansion, possibly together with the condensate (1V) of the fractionation, becomes whole again or partially fed to the reaction. He can next to the liquid, not separated Components of the mixture (I) also include solid fractions, e.g. B. crystallized terephthalic acid, contain.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens trennt man den festen Endstoff vor der Rückführung ab. Die festen äu Endstoffe, z. B. Terephthalsäure, Benzoesre, Isophthalsäure, fallen unter den genannten Bedingungen in leicht filtrierbarer, grob kristalliner Form an, eine Verstopfung oder Verkrustung der Apparateteile tritt nicht in wesentlichem Maße ein, was ein weiterer Vorteil des Verfahrene ist.In a preferred embodiment of the process, the solid end product from the return. The solid external substances, e.g. B. terephthalic acid, Benzoesre, isophthalic acid, fall under the conditions mentioned in easily filterable, coarsely crystalline form, clogging or encrustation of the parts of the apparatus occurs does not contribute to any significant degree, which is another advantage of the method.
Dem Reaktionsraum wird das abgekühlte Gemischs (I) über eine Kompressionspumpe zweckmäßig mit hohem Impuls eingespritzt, z. 13. zusammen mit Sauerstoff über eine Zweistoffdüse mit Impulsrohr, um eine rasche und gute Vermischung mit dem Reaktionsgemisch zu gewährleisten. Die Einführung des Gemischs bringt somit auch gleichzeitig eine gute Durchmischung des Reaktorinhalts mit sich. Auch im Reaktor werden nach der Verfahrensweise der Erfindung Verkrustungen und andere B-triebsstörungen vermieden, wobei ebenfalls bekannte Verfahrensmerkmale, z. B. Isolierung bzw. Beheizung der Apparatewände, angewendet werden. können.The cooled mixture (I) is transferred to the reaction chamber via a compression pump expediently injected with high impulse, z. 13. together with oxygen via a Two-substance nozzle with impulse tube for quick and good mixing with the reaction mixture to ensure. The introduction of the mixture thus also brings one at the same time thorough mixing of the reactor contents with itself. Also in the reactor are after Procedure of the Invention Encrustations and other B-instinct disorders avoided also known process features, e.g. B. insulation or heating of the Apparatus walls, are used. can.
Durch das zurückgeführte Gemisch (1) wird die Temperatur im Reaktionsraum geregelt, und der gesamte Kreislauf des abgezogenen Gemischteils führt aus dem Reaktionsraum laufend Reaktionswärme ab. Gegebenenfalls kann rsn das Gemisch (I) während des Kreislaufs noch zusätzlich kühlen. Ein Teil des Gemisches (I) kann auch kontinuierlich verworfen oder, z. B. bei mehreren Reaktionsstufen, einem folgenden oder vorhergehenden Reaktor zugeführt werden. Ebenfalls kann man Ausgangsstoffe und andere Komponenten des Reaktionsgemischs dem Gemisch (I) nach der Fraktionierung zugeben, anstatt sie direkt dem Reaktionsraum zuzuführen.The returned mixture (1) increases the temperature in the reaction space regulated, and the entire circuit of the withdrawn part of the mixture leads out of the reaction chamber ongoing heat of reaction from. If appropriate, the mixture (I) can be used during the cycle additional cooling. Part of the mixture (I) can also be discarded continuously or, e.g. B. with several reaction stages, a subsequent or preceding reactor are fed. Starting materials and other components of the reaction mixture can also be used to the mixture (I) after the fractionation, instead of adding it directly to the reaction space to feed.
Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Verbindungen sind wertvolle Zwischenprodukte für die IIerstellung von Kunstharzen, Fasern und Weichmachern.The compounds preparable by the process of the invention are valuable intermediate products for the production of synthetic resins, fibers and plasticizers.
Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile.The parts given in the examples are parts by weight.
Sie verhalten sich zu den Volumenteilen wie kg zu 1.They are related to parts by volume like kg to 1.
Beispiel 1 Ein Oxydationsreaktor aus korrosionsfestem Stahl ist mit Zuleitungen für Sauerstoff, p-Xylol, Essigsäure und Methyläthylketon versehen. Vom Kopf des Reaktors wird kontinuierlich Reaktionslösung (Reaktionsdruck 4 at) in den Sumpf einer Vakuumdestillationskolonne entspannt. Die Kolonne hat eine Wirksamkeit von etwa 20 theoretischen Böden. Das Vakuum wird durch eine dem Kondensator der Kolonne nachgeschaltete ring Flüssigkeitspumpe so eingestellt, daß die Sumpftemperatur etwa 70 OC beträgt (ca. 100 Torr). Aus dem Kolonnensumpf wird die Reaktionslösung mit einer Pumpe wieder in den Reaktor zurückgepumpt. Am Kolonnensumpf befindet sich ein Überlauf, der mit einer Filtriervorrichtung verbunden ist. Die Rückmischung der gekühlten Reaktionslösung in den Reaktor erfolgt in einer Zweistoffdüse zusammen mit Sauerstoff. Zur besseren Durchmischung des Reaktorinhalts wird über die Zweistoffdüse noch ein Umlaufrohr gesetzt.Example 1 A corrosion-resistant steel oxidation reactor is provided with Provide feed lines for oxygen, p-xylene, acetic acid and methyl ethyl ketone. From the The top of the reactor is continuously fed into the reaction solution (reaction pressure 4 at) Relaxed bottom of a vacuum distillation column. The column has an effect of about 20 theoretical trays. The vacuum is created by the condenser Downstream column ring liquid pump set so that the bottom temperature is about 70 OC (about 100 Torr). The reaction solution becomes the bottom of the column pumped back into the reactor with a pump. At the bottom of the column is an overflow connected to a filter device. The backmixing the cooled reaction solution in the reactor takes place in a two-fluid nozzle together with oxygen. For better mixing of the reactor contents, the two-substance nozzle is used another circulation pipe set.
Es wird pro Stunde eine Lösung von 45 Teilen Essigsäure, 5 Teilen p-Xylol, 1 Teil Kobaltacetattetrahydrat, 1 Teil Methyläthylketon und 160 Volumenteile Sauerstoff bei 4 at zugeführt. Aus dem genannten Überlauf erhält man neben 45,8 Teilen Essigsäure und 1 Teil Kobaltacetat 7 Teile (89 afo der Theorie) Terephthalsäure, 0,14 Teile Toluylsäure und 0,1 Teil Carboxylbenzaldehyd pro Stunde. Vom Kopf der Vakuumkolonne werden stündlich ca. 1,5 Teile Wasser, 0,1 Teile Essigsäure, 0,2 Teile p-Xylol und 0,1 Teile Methyläthylketon abgezogen. Bei einer Reaktionstemperatur von 130 bis 135 °C und einem Gesamtdruck von 4 at werden stündlich bei 50 Teilen Reaktionslösung im Reaktionsraum 500 Teile Reaktionslösung durch die Entspannung umgewälzt. Die Apparatur zeigt nach 100 Stunden Betriebsdauer beim Öffnen keine Verkrustungen und Verstopfungen infolge von Abscheidungen der Terephthalsäure.There is a solution of 45 parts of acetic acid, 5 parts per hour p-xylene, 1 part cobalt acetate tetrahydrate, 1 part methyl ethyl ketone and 160 parts by volume Oxygen supplied at 4 at. From the overflow mentioned one obtains in addition to 45.8 Parts acetic acid and 1 part cobalt acetate 7 parts (89 afo of theory) terephthalic acid, 0.14 part of toluic acid and 0.1 part of carboxylbenzaldehyde per hour. From the head of the About 1.5 parts of water, 0.1 part of acetic acid and 0.2 parts are added to the vacuum column every hour p-xylene and 0.1 part of methyl ethyl ketone are drawn off. At a reaction temperature from 130 to 135 ° C and a total pressure of 4 at are hourly at 50 parts Reaction solution 500 parts of reaction solution circulated in the reaction chamber by the relaxation. the Apparatus shows no incrustations when opened after 100 hours of operation Clogging due to deposits of terephthalic acid.
Beispiel 2 In einer Apparatur analog Beispiel 1 werden dem Reaktor stündlich eine Lösung aus 90 Teilen Essigsäure, 10 Teilen p-Xylol, 0,2 Teilen Kobaltacetattetrahydrat, 0,04 Teilen Manganacetatte ahydrat und 0,12 Teilen Bariumbromiddihydrat sowie 142r Volumenteile Luft unter 21 at zugeführt. Um in dem Reaktor eine weaktionstemperatur von ca. 188 ° zu erhalten, werden stündlich aus seinem Flüssiginhalt von ca.Example 2 In an apparatus analogous to Example 1, the reactor hourly a solution of 90 parts of acetic acid, 10 parts of p-xylene, 0.2 part of cobalt acetate tetrahydrate, 0.04 part of manganese acetate and 0.12 part of barium bromide dihydrate and 142r Parts by volume of air supplied below 21 at. To achieve a reaction temperature in the reactor of approx. 188 ° is obtained every hour from its liquid content of approx.
50 Teilen etwa~ 440 Teile feststoffhaltige Flüssigphase durch ein ltegelventil in den Sumpf einer Destillationskolonne von ca.50 parts about ~ 440 parts solid-containing liquid phase through a drain valve in the sump of a distillation column of approx.
20 theor. Böden abgelassen und davon ca. 335 Teile wieder in den Reaktor zurückgepumpt. Beim Ablassen in den Sumpf der Destillationskolonne, die bei Normaldruck betrieben wird, entspannt sich die überhitzte Reaktionslösung und kühlt sich auf ca. 118 OC ab. Die entweichenden Dämpfe werden in der Kolonne fraktioniert; man kann über Kopf stündlich aus einer wäßrigen Phase ca. 2,9 Teile Wasser und 0,1 Teile Essigsäure und aus einer organischen Phase ca. 0,14 Teile Xylol entnehmen. Da nur etwa 335 Teile des Destillationssumpfes in den Reaktor zurückgepumpt werden, entsteht ein Überlauf von stündlich 89,9 Teilen Essigsäure, 12,6 Teilen Terephthalsäure, 2 Teilen Toluylsäure und Carboxybenzaldehyd und Katalysator der einem zweiten ähn -lich gebauten Reaktor zur Nachoxydation zugeführt wird.20 theoretical trays drained and approx. 335 parts of them back into the reactor pumped back. When draining into the bottom of the distillation column, which is at normal pressure is operated, the superheated reaction solution relaxes and cools down approx. 118 OC. The escaping vapors are fractionated in the column; man can about 2.9 parts of water and 0.1 parts per hour overhead from an aqueous phase Remove acetic acid and about 0.14 part of xylene from an organic phase. Because only about 335 parts of the distillation sump are pumped back into the reactor an hourly overflow of 89.9 parts of acetic acid, 12.6 parts of terephthalic acid, 2 parts of toluic acid and carboxybenzaldehyde and a catalyst similar to that of a second -ly built reactor is fed for post-oxidation.
Nicht verbrauchte Luft und Inertgase werden durch einen Rückflußkühler auf ca. 35 ° gekühlt und entspannt. Es tritt ein Verlust von ca. 0,1 Teilen Essigsäure beim Entspannen der Reaktionsgase ein.Unused air and inert gases are refluxed through a condenser cooled to approx. 35 ° and relaxed. There is a loss of about 0.1 part of acetic acid when releasing the reaction gases.
Claims (1)
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