Способ получения бензойной кислоты или бензоата натрия

 

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения бензойной кислоты (БК) или бензоата натрия (БН), отличием которого является то, что БК выделяют из водной фазы оксидата, полученного при окислении толуола в присутствии воды и карбоната натрия (КН), путем упаривания водной фазы с получением БН, содержащего до 20% соды, который помещают в вертикальный реактор, например типа "Сокслет", и сверху подают водный органический растворитель, например этанол, или ацетон, или метилэтилкетон, содержащие 10 - 30% воды, и углекислый газ под давлением и снизу удаляют БК в растворителе. Чтобы получить чистый БН, оксидат упаривают, загружают в аппарат колонного типа, и сверху подают растворитель, обеспечивающий постепенное растворение БН и не растворяющий соду, например, водный ацетон или этанол. Указанные отличия в способе позволяют получить БК или БН высокой степени чистоты по безотходной экологически чистой технологии. 1 ил.

Изобретение относится к области органической химии, касается ароматических кислот, в частности получения бензойной кислоты и бензоата натрия, и может быть использовано в химической и пищевой промышленности, сельском хозяйстве.

Известны способы получения бензойной кислоты (а из нее бензоата натрия по реакции нейтрализации) кислородом воздуха при повышенной температуре и давлении в присутствии катализаторов, например, Co-Mn-Br [1] или на основе бензоата металла (Mn и/или Ni) и промотора - соединения брома [2].

Недостатком известных методов является низкая производительность, коррозия оборудования бромом, высокие энергозатраты, технологические трудности при выделении бензойной кислоты из оксидата, трудности очистки ее от примесей - дифенилоксида, метилдифенилов и др.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ получения бензойной кислоты путем окисления толуола кислородом воздуха при температуре 240 - 275^oC и давлении 7,5 - 15,0 МПа в присутствии воды и карбоната натрия при 2 - 6 нормальной концентрации последнего в водной фазе и объемном соотношении толуол : смесь карбоната натрия и воды 1 - 5 : 5 - 1 в течение 5 - 30 минут с получением органической и водной фаз с последующим доокислением полученной водной фазы в течение 1 - 6 минут и выделением из полученного оксидата бензойной кислоты подкислением раствором минеральной кислоты [3]. В указанном способе оксидат представляет собой смесь воды, бензоата натрия и соды.

Недостатком известного способа является непроизводительный расход соды и минеральной кислоты, наличие значительного количества сточных вод и коррозия оборудования вследствие применения минеральных кислот.

Целью изобретения является создание экологически чистой и безотходной технологии получения чистой бензойной кислоты и чистого бензоата натрия.

Поставленная цель достигается способом получения бензойной кислоты или бензоата натрия путем окисления толуола кислородом воздуха при температуре 240 - 275^oC и давлении 7,5 - 15,0 МПа в присутствии воды и карбоната натрия при 2 - 6 нормальной концентрации последнего в водной фазе и объемном соотношении толуол : смесь карбоната натрия и воды 1 - 5 : 5 - 1 в течение 5 - 30 минут с получением органической и водной фаз, которые разделяют, органическую фазу возвращают на стадию окисления, а водную доокисляют пропусканием воздуха при тех же условиях, что и на стадии окисления, в течение 1 - 6 минут, полученный водный оксидат упаривают до остаточной влажности 1 - 3% и полученный при этом бензоат натрия (содержащий до 20% NaHCO₃) помещают в вертикальный реактор, например, типа Сокслет, в который сверху одновременно подают водный органический растворитель и углекислый газ под давлением и снизу удаляют раствор бензойной кислоты. Далее растворитель отгоняют и возвращают в процесс. Сода остается в реакторе и ее можно использовать на стадии окисления. Используют органические растворители, растворяющиеся в воде и хорошо растворяющие бензойную кислоту, например 10 - 30% водные растворы ацетона или спирта, или метиэтилкетона, или их смеси. Расход растворителя регулируют в зависимости от давления углекислого газа, избегая излишнего расхода реагентов.

При указанных условиях углекислый газ и вода взаимодействуют с бензоатом натрия с образованием бензойной кислоты. Поскольку это взаимодействие протекает с выделением тепла, требуется охлаждение аппарата, чтобы избежать испарения растворителя.

Отличием от прототипа является стадия выделения бензойной кислоты из водной фазы оксидата, а именно одновременная обработка ее водным раствором органического растворителя и углекислым газом под давлением.

Указанные отличия в способе получения бензойной кислоты позволяют создать безотходную экологически чистую технологию: - исключаются потери соды и расход минеральной кислоты; - отсутствуют кислые сточные воды.

Чтобы получить чистый бензоат натрия оксидат упаривают, загружают в аппарат колонного типа и сверху подают растворитель, обеспечивающий постепенное растворение бензоата и не растворяющий соду, например этанол или смесь ацетон : вода в соотношении 80 - 70 : 20 - 30.

Пример 1. В реактор объемом 3,5 л, загружают 785 г толуола и 2,12 кг смеси соды и воды при 4N концентрации соды (объемное соотношение толуол : смесь соды и воды 1:3). Окисление осуществляют при температуре 240^oC и давлении 7,5 МПа, расход воздуха 2000 нл/час в течение 10 минут. Реактор после охлаждения разгружают, разделяют фазы. Водная фаза 2260 г, органическая фаза 660 г. Органическую фазу возвращают в процесс, а водную доокисляют в течение 6 минут при температуре 240^oC и давлении 8,0 МПа и расходе воздуха 1000 нл/час, реактор разгружают, раствор упаривают. Получают 180 г сухого остатка, содержащего бензоат натрия и соду.

Сухой остаток помещают в вертикальный реактор типа "Сокслет" объемом 2,0 л, работающий под давлением углекислого газа 5,2 МПа. Высота слоя загруженного остатка 45 см. Сверху в реактор подают ацетон, содержащий 10% воды, со скоростью 0,5 л/час.

Процесс ведут 60 минут при температуре 50-53^oC и непрерывной подаче водного ацетона. По окончанию процесса выгружают из реактора 66 г соды, содержащей лишь следы бензоата натрия, и 0,6 л раствора бензойной кислоты в ацетоне. После испарения ацетона выделяют 150 г бензойной кислоты, степень чистоты которой 99,9% выход от теоретического 98,7%.

Пример поясняется схемой (см. чертеж), где 1 - реактор; 2, 3 - испаритель; 4 - сепаратор.

Пример 2. Получение бензойной кислоты проводят аналогично примеру 1, однако при выделении: Давление углекислого газа - 5,2 МПа Температура - 50-53^oC Скорость подачи растворителя (вода:ацетон 3:7) - 0,5 л/час Время реакции - 60 мин Степень чистоты - 99,8% Выход бензойной кислоты - 98,6% Пример 3. Получение бензойной кислоты проводят аналогично примеру 1, однако при выделении:
Давление углекислого газа - 5,0 МПа
Температура - 50^oC
Скорость подачи растворителя (вода:этанол 2:8) - 0,5 л/час
Время реакции - 60 мин
Степень чистоты - 99,1%
Выход бензойной кислоты - 97,5%
Пример 4. Получение бензойной кислоты проводят аналогично примеру 1, однако при выделении:
Давление углекислого газа - 5,2 МПа
Температура - 55^oC
Скорость подачи растворителя (вода:метилэтилкетон 1:9) - 0,5 л/час
Время реакции - 60 мин
Степень чистоты - 99,8%
Выход бензойной кислоты - 98,6%
В случае получения бензоата натрия.

Пример 5. Упаренный оксидат, полученный как в примере 1 (0,6 кг), помещают в колонку высотой 1 м, диаметром 60 мм. Сверху насосом подают этанол со скоростью 2,5 л/час в течение 4 часов. Снизу из приемника отбирают раствор бензоата натрия в спирте. Отгоняют спирт, получают 451 г бензоата натрия (96,6%).

Пример 6. Аналогично примеру 5 при 25^oC из 550 г упаренного оксидата, подавая водный метилэтилкетон (10%) воды при скорости подачи 2,5 л/час в течение 5 часов, получают после отгонки метилэтилкетона 432 г бензоата натрия (94,4%).

Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 249363, кл. C 07 C 63/06, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР N 852857, кл. C 07 C 63/06, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР N 1369226, кл. C 07 C 63/06, 1983 (прототип).

Формула изобретения

Способ получения бензойной кислоты или бензоата натрия путем окисления толуола кислородом воздуха при температуре 240-275^oC и давлении 7,5-15,0 МПа в присутствии воды и карбоната натрия при 2-6 нормальной концентрации последнего в водной фазе и объемном соотношении толуол:смесь карбоната натрия и воды 1-5:5-1 в течение 5-30 мин с получением органической и водной фаз, доокислением полученной водной фазы в течение 1-6 мин и выделением из нее бензойной кислоты или бензоата натрия, отличающийся тем, что выделение бензойной кислоты осуществляется путем упаривания доокисленной водной фазы и обработкой полученного остатка в вертикальном аппарате, работающем под давлением диоксида углерода с подачей водного растворителя (10-30% воды), способного растворять бензойную кислоту и не растворять соду и выгрузкой целевого продукта снизу при температуре ниже температуры кипения растворителя, а выделение бензоата натрия осуществляется путем обработки высушенного оксидата растворителем, растворяющим бензоат натрия и не растворяющим соду, например этанолом, водным метилэтилкетоном.

РИСУНКИ

Рисунок 1