Способ получения очищенной терефталевой кислоты

 

Использование: в производстве полимерного волокна. Сущность: способ получения очищенной терефталевой кислоты, содержащей п-толуиловую кислоту, присутствующую при концентрации, равной или меньшей 200 частей на миллион по массе, при предварительной обработке водного раствора водородом, с последующим введением в фильтрующую ячейку или последовательность фильтрующих ячеек, находящихся в зоне фильтрования при температуре в интервале от примерно 38 до примерно 205^oС и давления системы от атмосферного до давления 1620 кПа, водного шлама, включающего в себя очищенную терефталевую кислоту, присутствующую в виде кристаллов, и п-толуиловую кислоту, присутствующую в виде водного раствора и в сокристаллизованной форме совместно с кристаллами упомянутой очищенной терефталевой кислоты, причем упомянутая фильтрующая ячейка или последовательность фильтрующих ячеек поддерживается в соответствующем положении, чем обеспечивается возможностью образования на каждой фильтрующей ячейке фильтровальной лепешки или фильтровальных лепешек при введении упомянутого шлама в каждую упомянутую ячейку; с последующим перемещением каждой упомянутой фильтрующей ячейки, содержащей упомянутую фильтровальную лепешку, из упомянутой зоны фильтра в зону промывки; введением потока воды в каждую упомянутую фильтрующую ячейку для образования резервуара воды в каждой фильтрующей ячейке над упомянутой фильтровальной лепешкой или фильтровальными лепешками, где упомянутый поток воды находится при градиенте давления по крайней мере (3,45 кН/м²) относительно упомянутого давления в системе и температуре, находящейся в интервале от примерно 38 до примерно 205^oС, промывкой упомянутой фильтровальной лепешки водой в течение промежутка времени, достаточного для понижения концентрации п-толуиловой кислоты до величины, равной или меньшей по массе 200 частям на миллион, перемещением каждой упомянутой фильтрующей ячейки, содержащей промытую фильтровальную лепешку, в зону сброса давления, где упомянутое давление в системе сбрасывают до давления, находящегося в интервале от атмосферного давления до примерно 620,55 кН/м², чтобы уменьшить температуру упомянутой фильтровальной лепешки до температуры, равной или меньшей 166^oС, и выгрузкой упомянутой промытой фильтровальной лепешки, включающей в себя очищенную терефталевую кислоту, из каждой упомянутой фильтрующей ячейки, причем концентрация п-толуиловой кислоты в упомянутой очищенной терефталевой кислоте является равной или меньшей 200 частей на миллион по массе. 1 с. и 11 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение касается улучшенного способа извлечения очищенной терефталевой кислоты (далее обозначаемой как РТА) из водного шлама, содержащего раствор п-толуиловой кислоты. Получают очищенную терефталевую кислоту, у которой концентрация п-толуиловой кислоты составляет по массе менее 200 частей на миллион. При окислении п-ксилола до терефталевой кислоты в качестве промежуточного продукта образуется 4-карбоксибензальдегид. При проведении очистки терефталевой кислоты в присутствии воды 4-карбоксибензальдегид подвергается гидрогенизации с образованием более растворимого производного - п-толуиловой кислоты. Очищенную терефталевую кислоту, содержащую остаточную п-толуиловую кислоту, промывают водой с целью удаления остаточной растворимой п-толуиловой кислоты. Промывную воду, содержащую п-толуиловую кислоту, подвергают рециркуляции или сбрасывают в устройство обработки сточных вод. Способ промывки очищенной терефталевой кислоты водой под давлением с затоплением позволяет понизить количество промывной воды, понизить содержание остаточных примесей в очищенной терефталевой кислоте и/или уменьшить нагрузку на расположенные ниже устройства переработки сточных вод. Изобретение позволяет заменить центрифугирование под давлением, повторное образование шлама, равновесное испарение при атмосферном давлении и разделение при атмосферном давлении, являющихся стадиями известных в настоящее время способов извлечения очищенной терефталевой кислоты из водного шлама, на единую операцию, т. е. на операцию фильтрования под давлением, с надлежащим снижением затрат на оборудование.

Обычно терефталевую кислоту получают жидкофазным окислением п-ксилола и/или п-толуиловой кислоты. Терефталевая кислота представляет большой промышленный интерес, и ее широко используют в производстве различных полимеров, таких как волокнообразующие сложные полиэфиры (полиэфиры). Способ получения сложных полиэфиров терефталевой кислоты, в частности полиэтилентерефталата, включает в себя прямую конденсацию терефталевой кислоты с соответствующим многоатомным спиртом. Например, терефталевая кислота взаимодействует с этиленгликолем с образованием бис( β -гидроксиэтил)терефталата, который затем полимеризуется на второй стадии. Этот способ прямой конденсации является более простым, чем другие известные способы, такие как переэтерификация диметилтерефталата с соответствующим гликолем. Однако при проведении прямой этерификации необходимо использовать среду или высокочистую терефталевую кислоту. Чтобы обеспечивалась пригодность для получения волокон из сложных полиэфиров, терефталевая кислота должна быть в существенной мере свободной от всяких загрязнений, которые могут понижать температуру плавления сложного полиэфира и/или вызывать окрашивание сложного полиэфира. В самом деле, некоторые примеси, которые содержатся в сырой терефталевой кислоте, являются цветообразующими предшественниками.

Все эти примеси пока еще не идентифицированы. Однако 4-карбоксибензальдегид, который является промежуточным продуктом процесса окисления и который далее будет сокращенно записываться как 4-СВА, обычно находят в сырой терефталевой кислоте. Известно, что степень окрашивания сложного полиэфира оказывается ниже, если у терефталевой кислоты является низким содержание 4-карбоксибензальдегида. Хотя сам чистый 4-карбоксибензальдегид не обязательно будет способствовать окрашиванию при полимеризации, эта примесь является удобной меткой при оценке той степени, до которой была очищена терефталевая кислота. Способ, при использовании которого можно понизить содержание 4-карбоксибензальдегида, терефталевой кислоты, позволяет также понизить содержание цветообразующих предшественников.

Промышленная сырая терефталевая кислота по массе содержит 800-7000 частей на миллион 4-карбоксибензальдегида и 200-1500 частей на миллион п-толуиловой кислоты, которые являются основными примесями. Сырая терефталевая кислота в меньших количествах в области 20-200 частей на миллион содержит также ароматические соединения желтого окрашивания, имеющие структуру бензила, флуоренона или антрахинона, которые являются характерными желтыми соединениями, представляя собой примеси, образующиеся при протекании побочных реакций сочетания во время окисления п-ксилола.

В патенте США N 3584039, выданном Мейеру (Delbert H.Meyer), говорится о возможном промышленном полезном способе очистки таких выпускаемых промышленностью продуктов из сырой терефталевой кислоты посредством обработки жидкофазных растворов таковой в воде при температурах 200-374^oC водородом в присутствии твердого катализатора гидрогенизации (например, металлического палладия, нанесенного на углеродную подложку) и кристаллизации терефталевой кислоты из свободных от катализатора жидкофазных растворов при температурах в области от 50 до 150^oC. При каталитической водородной обработке 4-карбоксибензальдегид превращается в п-толуиловую кислоту и изменяется окраска у терефталевой кислоты.

В патенте Великобритании N 1152575 говорится о совершенствовании способа, запатентованного Мейером (Meyer), применительно к его промышленному использованию, в случае чего предлагаются улучшенные режимы проведения всего процесса, начиная от стадии растворения сырой терефталевой кислоты и кончая стадией кристаллизации терефталевой кислоты из обработанного водородом водного раствора. Касательно упомянутой кристаллизации в упомянутом патенте Великобритании говорится об использовании процесса выпаривания растворителя для достижения охлаждения, необходимого для проведения осаждения кристаллической терефталевой кислоты, но при этом высказываются предостережения, суть которых состоит в том, что при проведении такого испарительного охлаждения следует избегать очень резкого охлаждения раствора, которое может происходить при мгновенном однократном испарении растворителя, поскольку такое ударное охлаждение сопровождается соосаждением растворенных примесей, которые загрязняют получаемую терефталевую кислоту. Для устранения возможности загрязнения при таком ударном охлаждении в патенте Великобритании рекомендуется проводить испарительное охлаждение с воздействием на испарение равновесным обратным давлением, например, дросселирование сбрасываемого потока паров при равновесном давлении. Этим фактически достигается возможность проведения испарительного охлаждения с контролируемой скоростью.

Процесс кристаллизации при испарительном охлаждении с управляемой скоростью применен согласно упомянутому патенту Великобритании к непрерывной кристаллизации, проводимой в трех последовательно соединенных ступенях при описанных в патенте условиях, при которых за 3,4 ч происходит перепад температуры в 150^oC с изменением ее от начальной температуры раствора в 277^oC к температуре третьей ступени в 109^oC. Этот режим проведения упомянутой кристаллизации реализуется при средней скорости охлаждения в 1,48^oF в минуту, которая является не только необычно низкой, но когда применяют к водным растворам терефталевой кислоты с содержанием п-толуиловой кислоты 2400 частей на миллион, также получается терефталевая кислота, содержащая 1200 частей на миллион п-толуиловой кислоты. Такой продукт следует считать неприемлемым для проведения прямого взаимодействия с этиленгликолем в производстве волокна из сложного полиэфира.

В патенте США N 3452088 повторяется предостережение касательно ударного охлаждения и говорится о дальнейшем улучшении техники непрерывного охлаждения с контролируемой скоростью применительно к кристаллизации терефталевой кислоты из водных растворов, также содержащих растворенную п-толуиловую кислоту. Улучшение сводится к ограничению конечной температуры кристаллизации и/или температуры отделения кристаллического продукта температурой, лежащей в диапазоне 121 - 149^oC, чем предотвращается загрязнение кристаллизующейся терефталевой кислоты п-толуиловой кислотой. При использовании таких температур конечной кристаллизации и/или отделения продукта, лежащих в области 121-149^oC, может быть и была промышленно получена терефталевая кислота с содержанием п-толуиловой кислоты в 150 частей на миллион и менее из поступающих растворов, содержащих 500-6000 частей на миллион п-толуиловой кислоты при несколько более высокой скорости охлаждения в 3-4^oF (1,7-2,2^oC) в минуту. Однако при ориентации на такой более быстрый способ проведения испарения с управляемой скоростью отсутствуют перспективы в плане разработки еще более быстрого способа проведения непрерывной мгновенной испарительной кристаллизации, в случае которого исключалась бы проблема загрязнения п-толуиловой кислотой, которая упоминается как в патенте Великобритании, так и в патенте США.

Патент США N 3497552 описывает способ очистки неочищенной терефталевой кислоты путем кристаллизации из водного раствора при 150-300^oC. Раствор непрерывно охлаждают в последовательно соединенных охлаждающих зонах, имеющих приемный резервуар и внешний контур рецикла. Три вытекающих потока, состоящих из инжектированной воды, питающего потока и потока из нижней части приемника, объединяют, а инжектированной воды достаточно, чтобы обеспечить необходимое охлаждение. Кристаллизацию проводят после обработки водного раствора ТФК водородом.

Кристаллизация в условиях мгновенного испарения растворителя в общем известна давно и ее используют, извлекая преимущественно из существенного мгновенного понижения как температуры, так и давления при сопутствующем существенно мгновенном испарении растворителя по мере введения горячего раствора растворенного вещества в кристаллизационный сосуд, действующий при пониженных температуре и давлении. Преимуществом является то, что обеспечивается быстрое удаление паров растворителя, поскольку быстро испаренная часть жидкого растворителя мгновенно переходит из жидкой в паровую фазу. И кристаллизация, и рост кристаллов протекают быстро с охлаждением и концентрированием, вызванным быстрым охлаждением раствора до более низкой температуры. Рост кристаллов почти полностью является результатом возникновения пониженной температуры и не зависит от времени пребывания. Размер кристаллов в кристаллизационном сосуде, где растворитель испаряется мгновенно, может быть, как это хорошо известно, повышен циркуляцией шлама из кристаллов в пределах нижней части кристаллизационного сосуда. Например, один из способов образования такой циркуляции в перемешиваемой кристаллизационной зоне сводится к отводу части шлама из приповерхностной области и подаче, например, прокачкой, выведенного шлама в придонную область перемешиваемого шлама.

Однако при использовании индуцированного мгновенным испарением растворителя процесса кристаллизации терефталевой кислоты из водного раствора, также содержащего растворенную п-толуиловую кислоту в количествах 500-6000 частей на миллион в расчете на содержание терефталевой кислоты может без надлежащего проведения такового оказаться задействованным механизм загрязнения п-толуиловой кислотой, который упоминается в патенте Великобритании и в более общем виде описывается в более позднем патенте США. Такое явление загрязнения является несколько аномальным, поскольку несмотря на то, что вода, являющаяся растворителем, присутствует в количествах, более чем достаточных для предотвращения насыщения или пересыщения в отношении п-толуиловой кислоты, п-толуиловая кислота, тем не менее, уходит из раствора. В упомянутом более позднем патенте США высказывается предположение, что явление загрязнения каким-то образом зависит от скорости кристаллизации и конечной температуры кристаллизации и отделения продукта, а не исключительно от концентрации п-толуиловой кислоты в растворе.

Из графиков насыщения терефталевой кислотой и пересыщения (зависимость концентрации терефталевой кислоты от температуры) и соображения, приведенного в упомянутых патентах Великобритании и США, может быть изобретен процесс непрерывной кристаллизации терефталевой кислоты, имеющий ряд кристаллизационных стадий последовательного расположения, где каждая стадия действует при температуре, более низкой, чем у предшествующей стадии, и где для аппроксимации периодической кристаллизации сглаженным процессом температурный профиль делают существенно повторяющим график насыщения терефталевой кислоты. В случае такого изобретенного процесса непрерывной кристаллизации должно быть по крайней мере около 40 зависимых от скорости кристаллизационных стадий. Однако из-за числа стадий и длительности их действия такая непрерывная кристаллизация не представляется экономически привлекательной или допустимой для промышленного применения.

Следовательно, цель изобретения состоит в разработке способа вытеснения п-толуиловой кислоты из шлама, образованного очищенной терефталевой кислотой и водной средой, где водная среда, содержащая п-толуиловую кислоту, вытесняется из шлама, образованного очищенной терефталевой кислотой, по методу положительного вытеснения с использованием фильтрования под давлением очищенной терефталевой кислоты в условиях промывки с затоплением водой, также именуемой промывкой с поршневым течением, фильтровальной лепешки, производимой при высоких температуре и давлении, с последующим сбросом давления и достижением надлежащей пониженной температуры и в конечном итоге переходом к условиям атмосферного давления. Концентрация п-толуиловой кислоты, удерживаемой очищенной терефталевой кислотой, по массе составляет 200 или менее частей на миллион.

Цель изобретения сводится к разработке способа вытеснения п-толуиловой кислоты из шлама, образованного очищенной терефталевой кислотой и водной средой, в случае которого п-толуиловая кислота вытесняется из шлама, образованного очищенной терефталевой кислотой, по способу положительного вытеснения с использованием фильтрования очищенной терефталевой кислоты в виде шлама при высоких температуре и давлении, в случае чего концентрация п-толуиловой кислоты, удерживаемой фильтровальной лепешкой, составляет по массе 200 частей на миллион или менее и давление сбрасывается до атмосферного давления.

Дальнейшая цель изобретения состоит в разработке улучшенного способа получения очищенной терефталевой кислоты, содержащей по массе 200 частей на миллион или менее п-толуиловой кислоты, и очищенная терефталевая кислота находится при атмосферном давлении, и тем самым она находится в состоянии, при котором она может быть подвергнута обработке в сушильном аппарате при атмосферном давлении.

Был разработан способ получения очищенной терефталевой кислоты (ТА), содержащей по массе 200 частей на миллион или менее п-толуиловой кислоты (т. е. терефталевая кислота с чистотой, пригодной для получения волокон), который может быть применен к водным шламам терефталевой кислоты, содержащим по весу 500-6000 частей на миллион п-толуиловой кислоты в растворе. Водный шлам, содержащий закристаллизованную терефталевую кислоту и водный раствор из растворенной п-толуиловой кислоты, подвергают фильтрованию. Фильтровальную лепешку подвергают воздействию процесса положительного вытеснения водного раствора п-толуиловой кислоты при температуре, находящейся в области примерно от 38 и примерно до 205^oC, и разности давлений относительно давления в системе, заключенной в области примерно от 0,5 (3,4 кН/м²) и примерно до 65 фунт/кв.дюйм (448,18 кН/м²). Водный раствор, содержащий растворимую п-толуиловую кислоту, вытесняют водой под давлением из фильтровальной лепешки, образованной кристаллической терефталевой кислотой, проводя фильтрование под давлением при высокой температуре. Раствор п-толуиловой кислоты, остающийся в фильтровальной лепешке, вытесняют водой под давлением. Быстрое испарение воды при давлении, которая осталась в фильтровальной лепешке, происходит при сбросе давления в системе и надлежащей пониженной температуры до атмосферного давления. Кристаллический продукт в виде терефталевой кислоты, содержащей 200 частей на миллион или менее п-толуиловой кислоты, подвергают затем обработке на сушильном оборудовании, делая это при атмосферном давлении, в результате чего получают требуемый продукт.

При реализации изобретения алкильное ароматическое соединение, такое как п-ксилол и/или п-толуиловая кислота, окисляют в уксуснокислой среде молекулярным кислородом в присутствии каталитической системы, содержащей бром и один или несколько тяжелых металлов, таких как кобальт, марганец и им подобные. Хотя этот способ и является хорошо известным в технике и его используют на промышленном уровне, протекание реакции окисления сопровождается образованием примесей, которые могут быть удалены или сделаны не меняющими цвета, что необходимо для получения терефталевой кислоты, пригодной для производства волокон. Основное использование связанной и несвязанной терефталевой кислоты сводится и сводилось к применению в производстве высокомолекулярных сложных полиэфиров, необходимых для производства волокон и пленок.

Из патента США N 3584039 хорошо известно, что терефталевая кислота с чистотой, пригодной для получения волокон, может быть приготовлена очисткой сырой терефталевой кислоты посредством проведения процесса восстановления. Этот процесс в основном сводится к обработке водного раствора сырой терефталевой кислоты водородом в присутствии нанесенного или ненанесенного на подложку металлического катализатора из группы VIII, в случае чего металл и подложка являются нерастворимыми в растворе при рабочих условиях. При проведении этого процесса происходит восстановление промежуточных продуктов стадии окисления, таких как 4-карбоксибензальдегид и другие окрашивающие примеси, присутствующие в терефталевой кислоте, и образование удаляемых продуктов. Очищенную терефталевую кислоту затем извлекают, проводя кристаллизацию и сушку.

Хотя описанная процедура и обладает различными преимуществами, остаются проблемы, которые состоят в том, что загрязнение очищенной терефталевой кислоты п-толуиловой кислотой представляют собой явление, зависящее от скорости охлаждения, а не от температуры. Резкое понижение температуры, вызванное сбросом давления, сопровождается осаждением п-толуиловой кислоты из раствора очищенной терефталевой кислоты на кристаллическую очищенную терефталевую кислоту. Однако растворимость п-толуиловой кислоты остается высокой в водной среде при температуре, заключенной в области примерно от 38 и примерно до 205^oC.

Было обнаружено, что при положительном вытеснении водного раствора п-толуиловой кислоты из фильтровальной лепешки, образованной кристаллической очищенной терефталевой кислотой, происходит эффективное вытеснение п-толуиловой кислоты из находящейся с ней в контакте очищенной терефталевой кислоты с замещением водного раствора п-толуиловой кислоты водой при высоких температуре и давлении. Давление затем сбрасывают до окружающего атмосферного давления. Установлено, что концентрация п-толуиловой кислоты, удерживаемой в кристаллической очищенной терефталевой кислоте после проведения указанной операции, составляет по массе 200 частей на миллион (0,02%) или менее.

По предложенному способу кристаллы очищенной терефталевой кислоты, поступающие из кристаллизатора и находящиеся в водной среде, подвергают фильтрованию при температуре, составляющей по крайней мере примерно 38^oC, а желательно заключенной в области примерно от 100 и примерно до 205^oC, и давлении по крайней мере примерно 0,5 фунт/кв.дюйм (3,45 кН/м²), а желательно лежащей в области примерно от 40 (275,8 кН/м²) и примерно до 110 фунт/кв. дюйм (758,5 кН/м²), при которых происходит образование фильтровальной лепешки.

Водный шлам, содержащий кристаллы очищенной терефталевой кислоты, вводят в фильтрующую ячейку или в последовательность фильтрующих ячеек, физически расположенных таким образом, чтобы обеспечивалась возможность образования фильтровальной лепешки при достаточном поступлении и надлежащем распределении шлама с покрытием всей площади фильтровальной лепешки при затруднении или устранении возможности образования каналов, по которым могло бы происходить движение промывной воды. На поверхности фильтрующей ячейки удобно образовывать фильтровальную лепешку толщиной по крайней мере примерно от 0,5 (12,7 мм) и примерно до 8 дюймов (203,2 мм), лучше толщиной по крайней мере примерно 1 дюйм (25,4 мм) и еще лучше толщиной примерно от 2 (50,8 мм) и примерно до 4 дюймов (101,6 мм). Водная маточная жидкость может быть подвергнута регенерации и обработке с целью извлечения п-толуиловой кислоты и/или подачи в устройства обработки сточных вод.

При достижении надлежащей или предпочтительной высоты у фильтровальной лепешки, составляющей примерно 0,5-8 дюймов (от 12,7 до 203,2 мм), лепешка покидает фильтрационную зону и поступает в промывочную зону, где лепешка промывается потоком воды при градиенте давления, обеспечивающем возможность подъема воды над фильтровальной лепешкой на надлежащую высоту, желательно на минимальную высоту порядка 0,25 дюйма (6,35 мм). Затем к потоку воды прикладывают градиент давления величиной по крайней мере в 0,5 фунт/кв.дюйм (3,45 кН/м²) относительно давления в системе, а лучше величиной от 5 (34,5 кН/м²) и примерно до 85 фунт/кв.дюйм (448,18 кН/м²) относительно давления в системе, чем обеспечивается вытеснение водного раствора п-толуиловой кислоты из фильтровальной лепешки в соответствии с методом положительного вытеснения. Промытая водой лепешка из очищенной терефталевой кислоты затем претерпевает понижение давления в системе до давления, находящегося в диапазоне от атмосферного давления и до избыточного давления величиной порядка 90 фунт/кв. дюйм (620,55 кН/м²), в сопутствующим понижением температуры системы до температуры, равной или меньшей примерно 166^oC. Промытая водой очищенная терефталевая кислота затем подвергается сушке при атмосферном давлении.

Минимальная высота лепешки из очищенной терефталевой кислоты величиной по крайней мере в 0,5 дюйма (12,7 мм) является приемлемой для получения фильтровальной лепешки достаточной компактности в смысле удерживания воды, т. е. получается фильтровальная лепешка, из которой раствор, содержащий растворенное вещество, может быть эффективно удален проведением вытеснительной промывки. Если высота лепешки оказывается менее примерно 0,5 дюймов (12,7 мм), то тогда степень удерживания раствора, содержащего растворенное вещество, фильтровальной лепешки значительно возрастает, несмотря на подачу промывной воды при повышенном давлении. Из-за потери эффективности у процесса вытеснительной промывки фильтровальной лепешки водой с целью удаления раствора, содержащего растворенное вещество, желательно, чтобы минимальная высота у лепешки из очищенной терефталевой кислоты составляла по крайней мере 0,5 дюйма (12,7 мм).

Необходимо, чтобы над поверхностью лепешки жидкость располагалась на такой минимальной высоте, при которой происходит вытеснительная промывка. Эта высота должна быть достаточной для обеспечения полного покрытия поверхности лепешки. Если поверхность лепешки оказывается непокрытой водой, то тогда может происходить обходное перетекание промывочной жидкости без полного вытеснения маточной жидкости из внутренней области лепешки. Из-за наличия неровностей у поверхности лепешки желательно, чтобы над поверхностью лепешки минимальная высота жидкости составляла примерно 0,25 дюйма (6,35 мм).

Установлено, что процесс положительного вытеснения водного раствора п-толуиловой кислоты с использованием воды в качестве вытесняющей среды в фильтрационном цикле при высоких температуре и давлении позволяет проводить эффективный обмен раствора п-толуиловой кислоты на среду, включающую в себя воду, и извлечение очищенной терефталевой кислоты из водной составляющей шлама, который содержит растворимую п-толуиловую кислоту. При положительном вытеснении раствора п-толуиловой кислоты из фильтровальной лепешки, образованной очищенной терефталевой кислотой, при повышенных температуре и давлении уменьшается сокристаллизация п-толуиловой кислоты при кристаллизации очищенной терефталевой кислоты, проводимой при давлении, равном или меньшем по избыточной величине 235 фунт/кв.дюйм (1,62 МН/м²), и температуре, равной или меньшей примерно 205^oC, при сбрасывании давления в системе и понижении температуры системы.

Из-за нерастворимости п-толуиловой кислоты в воде при температурах менее 38^oC и давлении менее 10 фунт/кв.дюйм (68,95 кН/м²) по избыточной величине типичные способы фильтрования оказываются непригодными для удаления п-толуиловой кислоты из фильтровальной лепешки. Хотя проблема растворимости и может быть частично обойдена проведением фильтрования при повышенной температуре и давлении, фильтрование и промывка водой являются в типичном случае менее успешными в смысле удаления п-толуиловой кислоты из кристаллической очищенной терефталевой кислоты, когда используются вакуум или проводят фильтрование под давлением без использования метода промывки с поршневым течением, или метода промывки с затоплением водой. При таких способах фильтрования под вакуумом или под давлением может происходить образование каналов в лепешке, и в этом случае вода не проникает в лепешку.

В случае способа, отвечающего изобретению, установлено, что могут быть получены непредвиденно высокие эффективности удаления п-толуиловой кислоты при проведении вытеснительной промывки под давлением фильтровальной лепешки, включающей в себя очищенную терефталевую кислоту. Содержание п-толуиловой кислоты в очищенной терефталевой кислоте может быть по массе понижено до 200 частей на миллион (0,02%) или менее.

С инженерной точки зрения наличие добавочных ступеней у фильтра, работающего под давлением, позволяет сбросить давление до атмосферной величины, в результате чего оказываются устраненными проблемы, связанные с выгрузкой твердых веществ в сушильный аппарат, работающий при атмосферном давлении. При реализации способа, отвечающего изобретению, следует использовать шаровой затвор для понижения давления в системе до атмосферной величины.

При использовании добавочных стадий вытеснительной промывки под давлением можно уменьшить количество воды, удерживаемой в лепешке из очищенной терефталевой кислоты, как это было продемонстрировано на примере понижения количества воды, используемой добавочными стадиями положительной вытеснительной промывки, в случае чего преследовали цель понизить количество воды, необходимой для понижения уровня содержания уксусной кислоты, захваченной из водного раствора уксусной кислоты.

По этой причине представляется удобным использовать надлежащее число стадий положительной вытеснительной промывки для сведения к минимуму общего количества воды, используемой в вытеснительной промывке, в случае чего снижается потребность использовать устанавливаемые ниже устройства обработки сточных вод. В соответствии со сказанным в случае способа, отвечающего изобретению, применительно к положительному вытеснению п-толуиловой кислоты из маточной жидкости, удерживаемой фильтровальной лепешкой из очищенной терефталевой кислоты, с целью достижения уровня, составляющего примерно 200 частей на миллион (0,02%) или менее в лепешке, посредством фильтрования может быть использована многоступенчатая вытеснительная промывка очищенной терефталевой кислоты.

Ясно, что методика с многоступенчатой вытеснительной промывкой может быть заменена методикой с одноступенчатой вытеснительной промывкой, при проведении которой количество воды является достаточным для получения уровня содержания п-толуиловой кислоты, удерживаемой в очищенной терефталевой кислоте, величиной примерно 200 частей на миллион (0,02%) или менее. Кроме того, методика противоточной промывки может оказаться полезной и тогда, когда делается вывод, что выгода может быть получена от уменьшения количества промывной воды.

В случае способа, отвечающего изобретению, п-толуиловокислотный шлам, содержащий кристаллы очищенной терефталевой кислоты, вводят в одну или несколько последовательно расположенных фильтрующих ячеек, физически расположенных таким образом, чтобы образовывалась фильтровальная лепешка требуемой толщины при прохождении потока шлама из очищенной терефталевой кислоты. При образовании фильтровальной лепешки минимальной высоты в пределах примерно от 0,5 (12,7 мм) и примерно до 8 дюймов (203,2 мм) лепешка покидает зону фильтрования и поступает в зону промывки, где лепешка промывается потоком воды. К потоку воды затем прикладывается давление, необходимое для перемещения п-толуиловой кислоты в маточной жидкости, удерживаемой фильтровальной лепешкой, что происходит под воздействием положительного давления. После проведения процесса вытеснения с затоплением фильтровальной лепешки фильтровальная лепешка разгружается с фильтра надлежащими способами, и цикл повторяется. Отношение площади промывки к площади образования лепешки находится в области примерно от 1:20 и примерно до 20:1, чем понижается уровень содержания п-толуиловой кислоты в фильтровальной лепешке. Затем давление в системе сбрасывается, и промытая фильтровальная лепешка разгружается с фильтра.

Оборудование, необходимое для проведения требуемого цикла, может включать в себя последовательность фильтрующих ячеек, установленных таким образом, чтобы вода могла затапливать фильтрующие ячейки. Надлежащее оборудование может включать в себя ротационный барабанный фильтр со множеством фильтрующих ячеек, снабженных средствами разгрузки промытой фильтровальной лепешки с фильтрующих ячеек. Должны быть предусмотрены средства управления, необходимые для введения потока, включающего в себя очищенную терефталевую кислоту в растворе п-толуиловой кислоты для образования фильтровальной лепешки, для переноса фильтровальной лепешки из зоны фильтрования в зону промывки, где фильтровальная лепешка промывается потоком воды, в случае чего вода подается под давлением, чтобы происходило положительное вытеснение п-толуиловой кислоты, находящейся в маточной жидкости, удерживаемой очищенной терефталевой кислотой. Фильтровальная лепешка может быть промыта столько раз, сколько это необходимо для достижения минимальной концентрации п-толуиловой кислоты в фильтровальной лепешке до разгрузки промытой фильтровальной лепешки с ротационного барабанного фильтра.

Приемлемым ротационным барабанным фильтром, который может быть приспособлен к требованиям способа, отвечающего изобретению, является работающий под давлением фильтр типа BHS-FEST^(TM) (торговая марка), выпускаемый фирмой BHS-WERK, Зонтхофен, D-8972, Зонтхофен, Западная Германия, хотя и другие фильтры, которые могут отвечать требуемому циклу работы, могут быть использованы; например, может быть использован ленточный фильтр фирмы "Панневис", Утрехт, Нидерланды или других поставщиков.

При работе фильтра типа BHS-FEST^(TM) ротационный барабан содержит последовательность фильтрующих ячеек, расположенных по периферии вращающегося барабана. По мере вращения барабана на фильтрующие ячейки поступает водный шлам, состоящий из очищенной терефталевой кислоты и растворимой п-толуиловой кислоты, и происходит наращивание фильтровальной лепешки до требуемой высоты. При вращении барабана фильтровальная лепешка покидает зону фильтрования и входит в зону промывки, где происходит затопление фильтровальной лепешки водой на требуемую глубину. Давление, приложенное к поверхности воды, вынуждает воду перемещаться через фильтровальную лепешку, вытесняя п-толуиловую кислоту, удерживаемую водой, находящейся на кристаллах очищенной терефталевой кислоты. При дальнейшем вращении барабана цикл промывки может быть повторен по крайней мере еще один раз, если в этом есть необходимость, после чего давление в системе сбрасывают с надлежащим понижением температуры до их значений при окружающих условиях. Фильтровальную лепешку затем выгружают из барабана, подавая под давлением инертный газ.

Аналогичная последовательность операций имеет место при использовании ленточного фильтра.

Пример 1. Следующий пример иллюстрирует способ, отвечающий изобретению, при использовании фильтра типа BHS-FEST^(TM).

Шлам, содержащий 45% закристаллизованной твердой очищенной терефталевой кислоты и маточную жидкость, подают на работающий под давлением ротационный фильтр типа BHS-FEST^(TM), что делают при избыточном давлении 60 фунт/кв.дюйм (413,7 кН/м²) и температуре 149^oC. Фильтр типа BHS-FEST^(TM) применяют для отделения твердого вещества от маточной жидкости, промывки твердого вещества, удаления избыточной влаги из лепешки и разгрузки твердого вещества при атмосферном давлении. Корпус фильтра разделен на пять камер, предназначенных для проведения пяти различных операций при фильтровании: образования лепешки, вытеснительной промывки, сушки лепешки, выгрузки лепешки и промывки фильтрующей ткани. Барабан фильтра, работающий при скоростях вращения в области 0,5-2,0 об/мин, разделен на двадцать фильтрующих ячеек. Полная площадь поверхности ткани у фильтра, которая имеется на барабане, составляет примерно 1,3 кв. фута (0,1208 м²). Производительность по шламу составляет, если ее выразить через расход, примерно 360, 720 и 1440 фунт/ч (163,29, 326,59 и 653,17 кг/ч), когда скорость вращения фильтра соответственно составляет 0,5, 1,0 и 2,0 об/мин.

Поскольку фильтр действует непрерывно, все операции фильтрования - образование лепешки, вытеснительная промывка, сушка лепешки, разгрузка лепешки и промывка фильтрующей ткани - совершаются одновременно. Действие фильтра иллюстрируется описанием последовательности состояний одной фильтрующей ячейки.

Фильтрующая ячейка вращается, попадая в камеру фильтрования с образованием лепешки. Подаваемый шлам, содержащий примерно 45% по твердому веществу очищенной терефталевой кислоты и примерно 1000 частей на миллион (0,1%) по массе п-толуиловой кислоты, непрерывно закачивается в камеру, поступая под давлением порядка 60 фунт/кв. дюйм (413,7 кН/м²). По мере вращения фильтрующей ячейки с прохождением через камеру твердое вещество накапливается на фильтрующей ткани, образуя лепешку с толщиной в один дюйм (25,4 мм). Маточная жидкость проходит через фильтрующую ткань и поступает во внутреннюю трубку фильтра. Давление маточной жидкости в этой внутренней трубке находится в диапазоне примерно от 30 (206,85 кН/м²) и примерно до 50 фунт/кв.дюйм (344,75 кН/м²). Маточная жидкость направляется в устройства извлечения п-толуиловой кислоты и/или переработки сточных вод.

Фильтрующая ячейка, содержащая теперь фильтровальную лепешку, покидает камеру фильтрования с образованием лепешки и поступает в вытеснительную камеру. В камеру непрерывно закачивается чистая вода, подаваемая под давлением 60 фунт/кв.дюйм (413,7 кН/м²) по избыточной величине и при температуре примерно 149^oC. Приемлемым температурным диапазоном в этом случае считается диапазон с пределами примерно от 82 и примерно до 149^oC. Это вода, учитывая эффективность вытеснительной промывки, эффективно удаляет п-толуиловую кислоту из фильтровальной лепешки. Промывная вода, прошедшая через лепешку, находится теперь при избыточном давлении, лежащем в области примерно от 30 (206,85 кН/м²) и примерно до 50 фунт/кв.дюйм (344,75 кН/м²). Эту воду собирают отдельно от маточной жидкости и используют на других стадиях процесса обработки очищенной терефталевой кислоты.

Промытая лепешка, находящаяся в фильтрующей ячейке, покидает камеру вытеснительной промывки и поступает в камеру сушки лепешки В камеру сушки непрерывно подают сжатый инертный газ, находящийся при избыточном давлении 60 фунт/кв. дюйм (413,7 кН/м²), чем обеспечивается удаление избыточной влаги из фильтровальной лепешки.

Фильтрующая ячейка затем вращением переводится из камеры сушки в камеру выгрузки лепешки. В противоположность другим описанным камерам эта камера действует при давлении окружающей среды. В силу падения давления при переходе из камеры сушки лепешки в камеру выгрузки лепешки из нее происходит некоторое дополнительное испарение влаги. Лепешка затем выгружается из фильтра, что происходит при расходах 190, 380 и 760 фунт/ч (86,18, 172,26 или 344,73 кг/ч, отвечающих соответственно скоростям вращения фильтра 0,5, 1,0 или 2,0 об/мин. У конечной лепешки содержание п-толуиловой кислоты составляет по массе 200 частей на миллион (0,02%) или менее по сухому веществу.

После выгрузки лепешки фильтрующая ячейка ополаскивается водой, что происходит в камере промывки фильтрующей ткани, чем обеспечивается удаление всяких следов от невыгруженной лепешки. Фильтрующая ячейка затем поступает в камеру фильтрования с образованием лепешки, и процесс повторяется.

Данные для надлежащих экспериментов приведены в таблице. Промывочное отношение характеризует количество чистой воды, использованной для проведения вытеснительной промывки лепешки от п-толуиловой кислоты, которое измеряется относительно расхода по лепешечному материалу. Продувочное отношение характеризует количество сжатого инертного газа, использованного для сушки лепешки перед разгрузкой, которое измеряется относительно расхода по лепешечному материалу.

Пример 8. Следующий пример иллюстрирует применение способа, отвечающего изобретению, при использовании ленточного фильтра.

Шлам, содержащий 48% закристаллизованной твердой очищенной терефталевой кислоты и маточную жидкость, подают в работающий под давлением ленточный фильтр с расходом 780 фунт/ч (353,8 кг/ч) при давлении 90 фунт/кв.дюйм (620,55 кН/м²) и температуре 166^oC. Ленточный фильтр осуществляет операции в трех зонах: в зоне отделения твердых веществ от маточной жидкости, в зоне вытеснительной промывке и в зоне сушки.

Шлам подают в первую секцию ленты, где происходит разделение твердых веществ и маточной жидкости. Твердые вещества образуют на ленте непрерывную лепешку толщиной 3 дюйма (76,2 мм). Фильтрат маточной жидкости проходит через фильтрующую ткань и прокачивается либо в устройстве извлечения п-толуиловой кислоты, и/или в устройства переработки сточных вод.

Непрерывная лепешка затем переносится в зону вытеснительной промывки. Эта зона действует при избыточном давлении 90 фунт/кв.дюйм (620,55 кН/м²) и температуре 166^oC. В этой зоне чистая вода подается на лепешку с расходом, при котором ее зеркало оказывается расположенным выше лепешки.

После прохождения зоны вытеснительной промывки непрерывная лепешка поступает в зону сушки. Избыточной воде дают стечь из лепешки и для удаления дополнительного количества влаги подают инертный газ. Эта зона также работает при избыточном давлении 90 фунт/кв.дюйм (620,55 кН/м²) и температуре 166^oC.

Высушенную лепешку, содержащую теперь по массе всего лишь 200 частей на миллион (0,02%) или менее п-толуиловой кислоты в расчете на сухое вещество, разгружают с ленты в устройстве (устройствах) понижения давления, таком как герметизированный шнековый транспортер или последовательность шаровых затворов. Лепешка из очищенной терефталевой кислоты, находящаяся теперь при атмосферном давлении, переносится затем в сушильный аппарат, работающий при атмосферном давлении.

Формула изобретения

1. Способ получения очищенной терефталевой кислоты, содержащей п-толуиловую кислоту, присутствующую при концентрации, равной или менее 200 ч. на 1 млн. по массе, включающий обработку терефталевой кислоты, предварительно очищенной контактированием водного раствора терефталевой кислоты с водородом, отличающийся тем, что указанную обработку проводят путем ввода в фильтрующую ячейку или последовательность фильтрующих ячеек, находящихся в зоне фильтрования при температуре по крайней мере 38 - 205^oС и давлении системы от атмосферного до 1620 кПа, водного шлама, содержащего очищенную терефталевую кислоту, присутствующую в виде кристаллов, и п-толуиловую кислоту, присутствующую в виде водного раствора и в сокристаллизованной форме совместно с кристаллами очищенной терефталевой кислоты, причем фильтрующую ячейку или последовательность фильтрующих ячеек поддерживают в таком положении, что обеспечивается возможность образования на каждой фильтрующей ячейке фильтровальной лепешки или фильтровальных лепешек при введении в нее водного шлама, после чего каждую фильтрующую ячейку, содержащую фильтровальную лепешку, перемещают из зоны фильтра в зону промывки, в которой в каждую фильтрующую ячейку вводят поток воды для образования резервуара воды в каждой фильтрующей ячейке над фильтровальной лепешкой или фильтровальными лепешками, при этом вводимый поток воды находится при градиенте давления по крайней мере 3,45 кПа относительно давления в системе и температуре, находящейся в интервале от 38 до 205^oС, после чего промывают фильтровальную лепешку водой в течение времени, достаточного для понижения концентрации п-толуиловой кислоты до величины, равной или меньшей 200 ч. на 1 млн. по массе, а затем перемещают каждую фильтрующую ячейку, содержащую промытую фильтровальную лепешку, в зону сброса давления, в которой давление в системе сбрасывают до давления, находящегося в интервале от атмосферного до давления по крайней мере 620 кПа, при этом температура фильтровальной лепешки снижается до температуры, равной или меньшей 166^oС, после чего промытую фильтровальную лепешку, содержащую очищенную терефталевую кислоту, выгружают из каждой фильтрующей ячейки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота фильтровальной лепешки составляет 1,27 см.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что резервуар воды над фильтровальной лепешкой составляет 0,6 см в высоту.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду со стадии промывки фильтровальной лепешки извлекают в виде промывочной воды и рециркулируют к началу потока шлама сырой терефталевой кислоты или сбрасывают в устройства обработки сточных вод.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток воды находится под давлением в интервале по крайней мере от 3,45 до 448,18 кПа относительно упомянутого давления в системе.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый поток воды находится под давлением по крайней мере 34,5 - 448,18 кПа относительно давления в системе.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота фильтровальной лепешки равна по крайней мере 1,27 - 20,0 см.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота фильтровальной лепешки равна по крайней мере 2,5 - 10,0 см.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота фильтровальной лепешки равна по крайней мере 5 - 10 см.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление в системе равно по крайней мере 3,45 - 758,0 кПа.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление в системе равно по крайней мере 275,0 - 448,18 кПа.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура потока воды равна по крайней мере 100 - 205^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1