СПОСОБЫ СУШКИ АРОМАТИЧЕСКОЙ КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СУХОЙ АРОМАТИЧЕСКОЙ КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ
METHODS OF DRYING AROMATIC CARBOXYLIC ACID AND METHODS OF OBTAINING DRY AROMATIC CARBOXYLIC ACID

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способам сушки ароматической карбоновой кислоты и способам получения сухой ароматической карбоновой кислоты.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ароматические карбоновые кислоты используют, например, в качестве сырья для синтеза полиэфира и их обычно получают путем окисления алкилароматических соединений.
Стадии получения терефталевой кислоты, как типового примера ароматических карбоновых кислот, объясняются ниже.
Для получения сырой терефталевой кислоты обычно применяют способ, приведенный на Фиг.1. Сначала используемый в качестве сырья п-ксилол B окисляют в растворителе, состоящем из уксусной кислоты A, в реакторе окисления 1 с получением сырой терефталевой кислоты. Жидкую реакционную смесь обычно подвергают кристаллизации в кристаллизаторе 2 с получением первичной суспензии C, содержащей сырую терефталевую кислоту. Эту первичную суспензию C вводят в сепаратор жидкой и твердой фаз 3 и разделяют на отделенный маточный раствор D и влажный осадок Е. Этот влажный осадок E сушат в сушилке 4 с получением, в результате, кристаллов сырой терефталевой кислоты F.
Для получения терефталевой кислоты высокой чистоты из сырой терефталевой кислоты применяют способ, приведенный на Фиг.2. Сначала сырую терефталевую кислоту, полученную с помощью описанного выше способа получения сырой терефталевой кислоты, смешивают с водой b в емкости для смешения 21 с получением исходной суспензии c. Эту исходную суспензию c перекачивают с помощью насоса 22 и затем нагревают с помощью подогревателя 23 до полного растворения. Полученный раствор d восстанавливают водородом в реакторе гидрирования 24 с восстановлением, в результате, 4-карбоксибензальдегида, который является типичной примесью в сырой терефталевой кислоте, в п-толуиловую кислоту, которая хорошо растворима в воде. Полученную восстановленную жидкость e подвергают охлаждению на открытом воздухе в кристаллизаторе 25 с кристаллизацией, в результате, терефталевой кислоты с получением суспензии f. Эту суспензию f разделяют в сепараторе жидкой и твердой фаз 26 на отделяемый маточный раствор j и влажный осадок g. Этот влажный осадок g сушат в сушилке 27 с получением, в результате, кристаллов терефталевой кислоты высокой чистоты h. Другие ароматические карбоновые кислоты также получают при помощи практически аналогичных производственных стадий.
В качестве сушилки 4 и сушилки 27 для сушки влажных осадков ароматической карбоновой кислоты часто применяют трубчатые сушилки с паровым обогревом (барабанные сушилки). Трубчатая сушилка с паровым обогревом является устройством, которое включает вращающийся цилиндр, снабженный теплообменной трубой, и в котором вещество сушат с помощью тепла, передаваемого паром, проходящим через трубу. Это устройство имеет преимущества, проявляющиеся, например, в том, что удается легко решать проблемы отклонений содержания жидкости во вводимом осадке за счет регулирования времени пребывания. Однако проблема заключается в том, что такое устройство имеет очень большие размеры. За последнее время произошло увеличение размеров и производительности установок по производству ароматических карбоновых кислот. В соответствии с этой тенденцией, увеличились также и размеры трубчатой сушилки с паровым обогревом, и резко возросла ее стоимость и расходы на ее обслуживание. Поэтому необходим способ сушки, в котором бы использовалась менее дорогая сушилка с меньшими размерами.
Например, в качестве такого способа сушки был предложен способ, в котором применяется сушилка с псевдоожиженным слоем, (патентный документ 1). Однако на основе проведенных исследований авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что при замене на данной производственной стадии трубчатой сушилки с паровым обогревом на сушилку с псевдоожиженным слоем кристаллы ароматической карбоновой кислоты прилипают к стенкам сушилки с псевдоожиженным слоем, и это приводит к забиванию штуцера подачи сушильного газа и снижению эффективности сушки, и может приводить к остановке оборудования.
Патентный документ 1: JP-A-2004-315431
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, КОТОРЫЕ РЕШАЕТ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Целью изобретения является разработка способов сушки ароматической карбоновой кислоты и способов получения сухой ароматической карбоновой кислоты, в которых решается каждая из проблем, связанных с применением сушилки с псевдоожиженным слоем, таких как прилипание кристаллов ароматической карбоновой кислоты в сушилке, и возникающие проблемы, включающие забивание штуцера подачи сушильного газа, снижение эффективности сушки и остановка оборудования, и в результате чего достигается стабильная работа сушилки с псевдоожиженным слоем.
СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
Для достижения поставленной цели авторы настоящего изобретения провели глубокие исследования. В результате, они обнаружили, что эти проблемы, возникающие при работе сушилки, могут быть решены путем регулирования характеристик осадка ароматической карбоновой кислоты, подвергаемого сушке. И, в результате, было создано настоящее изобретение.
А именно, изобретение относится к способу сушки ароматической карбоновой кислоты, который включает сушку осадка ароматической карбоновой кислоты с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем, отличающемуся тем, что подвергают предварительному регулированию характеристики осадка, в результате чего содержание жидкости в нем составляет 14% по массе или ниже.
Кроме того, изобретение относится к способу сушки, в котором сушку проводят в непрерывном режиме.
Кроме того, изобретение относится к способу сушки, в котором осадок ароматической карбоновой кислоты вводят в сушилку с псевдоожиженным слоем со скоростью 50 кг/час или более.
Кроме того, изобретение относится к способу сушки, в котором a сушильный газ подают в сушилку с псевдоожиженным слоем при приведенной скорости 0,2-1 м/сек.
Кроме того, изобретение относится к способу сушки, в котором сушильный газ, подаваемый в сушилку с псевдоожиженным слоем, имеет температуру 80-160°C.
Кроме того, изобретение относится к способу сушки, в котором суспензию, содержащую ароматическую карбоновую кислоту, подвергают разделению в системе твердое вещество-жидкость под давлением с получением осадка ароматической карбоновой кислоты и осадок подвергают мгновенной сушке, в результате чего регулируют содержания жидкости в осадке до 14% по массе или ниже.
В другом аспекте изобретение относится к способу сушки ароматической карбоновой кислоты, который включает сушку осадка ароматической карбоновой кислоты с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем, отличающемуся тем, что подвергают предварительному регулированию характеристики осадка, в результате чего величина сыпучести осадка составляет 2000 мДж или ниже.
В еще одном аспекте изобретение относится к способу сушки ароматической карбоновой кислоты, отличающемуся тем, что суспензию, содержащую ароматическую карбоновую кислоту, подвергают разделению в системе твердое вещество-жидкость под давлением с получением осадка ароматической карбоновой кислоты, осадок подвергают мгновенной сушке и затем сушат осадок с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем.
В еще одном аспекте изобретение относится к способу получения сухой ароматической карбоновой кислоты, который включает сушку осадка ароматической карбоновой кислоты с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем с получением готовой ароматической карбоновой кислоты, отличающемуся тем, что подвергают предварительному регулированию характеристики осадка, в результате чего содержание жидкости в осадке составляет 14% по массе или ниже.
Кроме того, изобретение относится к способу получения, в котором сушку проводят в непрерывном режиме.
Кроме того, изобретение относится к способу получения, в котором осадок ароматической карбоновой кислоты подают в сушилку с псевдоожиженным слоем при скорости 50 кг/час или выше.
Кроме того, изобретение относится к способу получения, в котором сушильный газ подают в сушилку с псевдоожиженным слоем при приведенной скорости 0,2-1 м/сек.
Кроме того, изобретение относится к способу получения, в котором сушильный газ, который подают в сушилку с псевдоожиженным слоем, имеет температуру 80-160°C.
Кроме того, изобретение относится к способу получения, в котором суспензию, содержащую ароматическую карбоновую кислоту, подвергают разделению в системе твердое вещество-жидкость под давлением с получением осадка ароматической карбоновой кислоты и осадок подвергают мгновенной сушке с регулированием в результате содержания жидкости в осадке до 14% по массе или ниже.
Кроме того, изобретение относится к способу получения, который дополнительно включает стадии окисления алкилароматического соединения в растворителе с получением суспензии неочищенной ароматической карбоновой кислоты и разделения суспензии в системе твердое вещество-жидкость с получением осадка ароматической карбоновой кислоты.
Кроме того, изобретение относится к способу получения, который дополнительно включает стадии восстановления неочищенной ароматической карбоновой кислоты в растворителе, содержащем воду, с последующей кристаллизацией ароматической карбоновой кислоты из полученной жидкой реакционной смеси с получением суспензии и разделения суспензии в системе твердое вещество-жидкость с получением осадка ароматической карбоновой кислоты.
В еще одном дополнительном аспекте изобретение относится к способу получения сухой ароматической карбоновой кислоты, который включает сушку осадка ароматической карбоновой кислоты с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем с получением готовой ароматической карбоновой кислоты, отличающемуся тем, что подвергают предварительному регулированию характеристики осадка, в результате чего величина сыпучести составляет 2000 мДж или ниже.
В еще одном дополнительном аспекте изобретение относится к способу получения сухой ароматической карбоновой кислоты, отличающемуся тем, что суспензию, содержащую ароматическую карбоновую кислоту, подвергают разделению в системе твердое вещество-жидкость под давлением с получением осадка ароматической карбоновой кислоты, подвергают осадок мгновенной сушке и затем сушат осадок с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем с получением готовой ароматической карбоновой кислоты.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению могут быть предложены способы сушки ароматической карбоновой кислоты и способы получения сухой ароматической карбоновой кислоты, в которых решаются проблемы, связанные с применением сушилки с псевдоожиженным слоем, такие как прилипание кристаллов ароматической карбоновой кислоты в сушилке, и возникающие в связи с этим нарушения, включающие забивку штуцера подачи сушильного газа, снижение эффективности сушки и остановку оборудования, и, в результате, достигается стабильная работа сушилки с псевдоожиженным слоем. Кроме того, сушилка с псевдоожиженным слоем может быть, в сущности, использована в качестве замены для трубчатой сушилки с паровым обогревом. Следовательно, может быть достигнуто уменьшение размеров установки и снижение стоимости установки и расходов на ее обслуживание.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 приведена блок-схема, иллюстрирующая пример традиционного способа получения сырой терефталевой кислоты.
На Фиг.2 приведена блок-схема, иллюстрирующая пример традиционного способа получения терефталевой кислоты высокой чистоты.
На Фиг.3 приведена блок-схема, иллюстрирующая один вариант осуществления способа получения сырой терефталевой кислоты согласно изобретению.
На Фиг.4 приведена блок-схема, иллюстрирующая один вариант осуществления способа получения терефталевой кислоты высокой чистоты согласно изобретению.
На Фиг.5 приведена схема, иллюстрирующая применяемую в примерах сушилку с псевдоожиженным слоем.
ОПИСАНИЯ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1, 11: реактор окисления
2, 12: кристаллизатор
3, 13: сепаратор жидкой и твердой фаз
4: сушилка
14: стадия регулирования характеристик осадка
15: сушилка с псевдоожиженным слоем
16: циклон
17: скруббер
18: устройство для очистки газа
A, A': уксусная кислота
B, B': п-ксилол
C, C': суспензия
D, D': отделенный маточный раствор
E, E': влажный осадок
F': осадок с пониженным содержанием жидкости
F, G': кристаллы сырой терефталевой кислоты H': сушильный газ
I': отходящий газ из сушилки с псевдоожиженным слоем
J': твердое вещество
K': выходящий из циклона газ
L': извлеченная суспензия
M': выходящий из скруббера газ
N': циркулирующий газ
21, 31: емкость для смешения
22, 32: насос
23, 33: подогреватель
24, 34: реактор гидрирования
25, 35: кристаллизатор
26, 36: сепаратор жидкой и твердой фаз
27: сушилка
27: сушилка
37: стадия регулирования характеристик осадка
38: сушилка с псевдоожиженным слоем
39: циклон
40: скруббер
41: устройство для очистки газа
a, a': сырая терефталевая кислота
b, b': вода
c, c': исходная суспензия
d, d': раствор
e, e': удаляемая жидкость
f, f': суспензия
g, g': влажный осадок
h': осадок с пониженным содержанием жидкости
h, i': кристаллы терефталевой кислоты высокой чистоты
j, j': отделенный маточный раствор
k': сушильный газ
l': отходящий газ из сушилки с псевдоожиженным слоем
m': твердое вещество
n': выходящий из циклона газ
q': извлеченная суспензия
p': выходящий из скруббера газ
r': циркулирующий газ
51: сушилка с псевдоожиженным слоем
52: подогреватель
53: циклон
54: воздуходувка
61: штуцер ввода осадка терефталевой кислоты
62: штуцер вывода кристаллов терефталевой кислоты
63: штуцер подачи сушильного газа
64: штуцер вывода сушильного газа из сушилки с псевдоожиженным слоем
65: штуцер вывода отходящего газа из циклона
66: отверстие для извлечения твердого вещества
67: паровая труба для косвенного обогрева
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее приводится подробное описание изобретения.
В первом варианте осуществления изобретения перед сушкой осадка в сушилке с псевдоожиженным слоем регулируют характеристики осадка так, чтобы содержание жидкости в осадке составляло 14% по массе или ниже. А именно, при применении на соответствующей стадии производства ароматической карбоновой кислоты сушилки с псевдоожиженным слоем регулируют характеристики осадка так, чтобы содержание жидкости в осадке было пониженным. В результате предотвращается прилипание кристаллов ароматической карбоновой кислоты к внутренней стенке сушилки.
Сушилка с псевдоожиженным слоем является аппаратом, в котором вводимый материал измельчают в порошок и одновременно псевдоожижают с помощью сушильного газа. Применение сушилки с псевдоожиженным слоем для сушки осадка ароматической карбоновой кислоты имеет преимущество, заключающееся в том, что в результате измельчения в порошок, псевдоожижения и контактирования осадка ароматической карбоновой кислоты с газом достигается высокая эффективность перемешивания, и осадок может быть равномерно высушен. Преимуществом также является то, что вследствие непосредственного контактирования осадка с газом достигается также высокая эффективность теплообмена и может быть достигнуто снижение расходов на энергию. Однако было обнаружено, что даже когда на соответствующей стадии производства ароматической карбоновой кислоты применяют только сушилку с псевдоожиженным слоем, наблюдаются случаи, когда происходит неудовлетворительное измельчение в порошок или псевдоожижение кристаллов ароматической карбоновой кислоты в сушилке с псевдоожиженным слоем, и кристаллы прилипают к внутренней стенке. В случае, когда кристаллы прилипают в большом количестве, есть вероятность того, что может быть забит штуцер подачи сушильного газа, что приводит к снижению эффективности сушки.
В результате исследования, проведенного авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что когда количество жидкости, содержащееся в водимом осадке ароматической карбоновой кислоты, понижается до 14% по массе или менее, может быть уменьшена потребляемая сушилкой энергия и может быть предотвращено прилипание кристаллов ароматической карбоновой кислоты к внутренней стенке сушилки.
Во втором варианте осуществления изобретения, перед тем как осадок сушат в сушилке с псевдоожиженным слоем, подвергают регулированию характеристики осадка, в результате чего величина сыпучести ароматической карбоновой кислоты составляет 2000 мДж или меньше.
Величина сыпучести означает величину энергии, необходимую для псевдоожижения порошка. Чем ниже это значение, тем порошок является в большей степени сыпучим. И наоборот, чем выше это значение, тем порошок является в меньшей степени сыпучим. Обычно величина сыпучести может быть определена с помощью реометра для порошков методом, при котором в порошке спирально движется лопасть, и интегрируют силу, прикладываемую к лопасти в процессе движения. Величину сыпучести выражают в единицах количества работы, полученной в результате интегрирования.
Предварительное регулирование сыпучести осадка до величины 2,000 мДж или ниже означает, что характеристики осадка ароматической карбоновой кислоты, подаваемого в сушилку с псевдоожиженным слоем на соответствующей стадии производства ароматической карбоновой кислоты, регулируют так, чтобы он был, по меньшей мере, в определенной степени сыпучим. В результате может быть предотвращено прилипание кристаллов ароматической карбоновой кислоты к внутренней стенке сушилки.
В третьем варианте осуществления изобретения осадок ароматической карбоновой кислоты сушат с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем, и этот используемый осадок является осадком, полученным путем разделения суспензии, содержащей ароматическую карбоновую кислоту, под давлением в системе твердое вещество-жидкость с получением осадка ароматической карбоновой кислоты, и затем путем мгновенной сушки этого осадка. А именно, в результате разделения суспензии, содержащей ароматическую карбоновую кислоту, в системе твердое вещество-жидкость под давлением и затем мгновенной сушки характеристики осадка предварительно регулируют так, чтобы он имел низкое содержание жидкости и низкую величину сыпучести. В результате можно предотвратить прилипание кристаллов ароматической карбоновой кислоты к внутренней стенке сушилки.
Тип ароматических карбоновых кислот, к которым применимо изобретение, конкретно не ограничивается. Их примеры включают o-фталевую кислоту, изофталевую кислоту терефталевую кислоту, тримеллитовую кислоту (бензолтрикарбоновую кислоту), 2,6- или 2,7-нафталиндикарбоновую кислоту и 4,4'-бифенилдикарбоновую кислоту. Предпочтительно применение изобретения в производстве изофталевой кислоты, терефталевой кислоты, тримеллитовой кислоты и нафталиндикарбоновой кислоты. Особенно предпочтительно применение изобретения в производстве терефталевой кислоты.
Вопрос о том, каким образом был получен осадок ароматической карбоновой кислоты, изобретение конкретно не ограничивается. Осадком ароматической карбоновой кислоты может быть осадок, полученный окислением алкилароматического соединения в растворителе с получением суспензии неочищенной ароматической карбоновой кислоты и разделением этой суспензии в системе твердое вещество-жидкость. В качестве варианта осадком ароматической карбоновой кислоты может быть осадок, полученный восстановлением сырой ароматической карбоновой кислоты в растворителе, содержащем воду, с последующей кристаллизацией ароматической карбоновой кислоты из полученной жидкой реакционной смеси с получением суспензии и разделением этой суспензии в системе твердое вещество-жидкость. Осадок ароматической карбоновой кислоты, полученный путем разделения в сепараторе жидкой и твердой фаз, обычно имеет содержание жидкости 15-20% по массе. Этот осадок имеет величину сыпучести обычно от 2000 мДж до 3000 мДж.
Примеры алкилароматического соединения, используемого в качестве сырья для ароматической карбоновой кислоты, включают ди- и триалкилбензолы, ди- и триалкилнафталины и ди- и триалкилбифенилы. Их предпочтительные примеры включают о-ксилол, м-ксилол, п-ксилол, о-, м-, или п-диизопропилбензол, триметилбензолы, 2,6- или 2,7-диметилнафталин, 2,6-диизопропил-нафталин и 4,4'-диметилбифенил. Используемое в качестве сырья алкилароматическое соединение может содержать одно или более частично окисленных алкилароматических соединений или может состоять только из одного или более частично окисленных алкилароматических соединений.
Каждое из частично окисленных алкилароматических соединений является любым из приведенных выше алкилароматических соединений, в которых алкильная группа была окислена в альдегидную группу, ацильную группу, карбоксильную группу, гидроксиалкильную группу и другие группы, но которые не были окислены в требуемые ароматические карбоновые кислоты. Их примеры включают 3-метилбензальдегид, 4-метилбензальдегид, м-толуиловую кислоту, п-толуиловую кислоту, 3-формилбензойную кислоту, 4-формилбензойную кислоту и 2-метил-6-формилнафталины.
Они могут быть использованы по отдельности или в виде их смеси - двух или более.
Предпочтительными из всех этих приведенных выше алкилароматических соединений являются м-ксилол и п-ксилол. Особенно предпочтительным является п-ксилол. В случае использования п-ксилола в качестве алкилароматического соединения, примеры частично окисленных алкилароматических соединений включают 4-карбоксибензальдегид (далее обозначаемый как "4КБА").
Такое алкилароматическое соединение окисляют в растворителе в присутствии катализатора с получением, в результате, ароматической карбоновой кислоты. Применяемым растворителем является растворитель, который химически не взаимодействует с алкилароматическим соединением или ароматической карбоновой кислотой. Предпочтительно, чтобы растворитель имел измеренную при атмосферном давлении температуру кипения от 400°C до 200°C, более предпочтительно - от 50°C до 180°C, наиболее предпочтительно - от 60°C до 150°C. Использование растворителя, имеющего температуру кипения при атмосферном давлении в этом интервале, позволяет легко транспортировать и извлекать на каждой стадии не только реакционную среду, а также облегчает затем осуществление операции удаления жидкости и операции сушки. Кроме того, предпочтительно, чтобы измеренная при атмосферном давлении теплота испарения растворителя составляла 300 ккал/кг или меньше, более предпочтительно - 200 ккал/кг или меньше, наиболее предпочтительно - 150 ккал/кг или меньше. Нет ограничения на величину нижнего предела теплоты испарения. Однако обычно теплота испарения растворителя составляет 50 ккал/кг или больше, предпочтительно - 70 ккал/кг или больше. Обычно может быть использован растворитель, включающий в качестве основного компонента карбоновую кислоту, предпочтительно - уксусную кислоту.
Катализатором, используемым в реакции окисления, может быть любой из известных катализаторов. Однако предпочтительно использовать кобальт, марганец и бром. Примеры соединений кобальта включают ацетат кобальта, нафтенат кобальта и бромид кобальта. Предпочтительным из них является ацетат кобальта. Примеры соединений марганца включают ацетат марганца, нафтенат марганца и бромид марганца. Предпочтительным из них является ацетат марганца. Примеры соединений брома включают бромистый водород, бромид натрия, бромид кобальта, бромид марганца и бромэтан. Предпочтительным из них является бромистый водород. Эти соединения могут использоваться в комбинации. В растворителе, уксусной кислоте могут присутствовать другие ингредиенты металлов. Например, когда ингредиент натрия присутствует в количестве от 1 ppm до 100 ppm, он способствует предотвращению осаждения ингредиента марганца и, кроме того, влияет на улучшение коэффициента пропускания получаемой терефталевой кислоты.
Количество используемого катализатора может быть следующим. Количество используемого ингредиента кобальта обычно составляет от 100 массовых ppm до 2000 массовых ppm от массы растворителя, предпочтительно - от 200 массовых ppm до 1000 массовых ppm от массы растворителя в расчете на количество металлического кобальта. Количество используемого ингредиента марганца обычно составляет от 1 массовых ppm до 1000 мас. ppm, предпочтительно - от 5 массовых ppm до 500 мас. ppm. Количество используемого ингредиента брома обычно составляет от 400 ppm до 2000 ppm. Для ускорения реакции в комбинации с катализатором может быть использован соокислитель.
Температуру, используемую для реакции окисления, конкретно не ограничивают. Однако обычно используют температуру не ниже, чем температура кипения растворителя при атмосферном давлении. Предпочтительно, чтобы температура составляла 50°C или выше, более предпочтительно - 100°C или выше, еще более предпочтительно - 130°C или выше. При использовании температуры выше нижнего предела повышается каталитическая активность и увеличивается выход. С другой стороны, предпочтительно, чтобы температура реакции составляла 350°C или ниже, более предпочтительно - 300°C или ниже, еще более предпочтительно - 250°C или ниже. При использовании температуры ниже верхнего предела, меньше вероятность протекания побочных реакций и разложения, что повышает выход.
Обычно в качестве реакционного давления используют атмосферное давление (около 0,1 МПа) или выше, и предпочтительно, чтобы оно составляло 0,2 МПа или выше, более предпочтительно - 0,5 МПа или выше, еще более предпочтительно - 1 МПа или выше. При использовании давления выше нижнего предела может быть использована более высокая температура, что приводит к повышению каталитической активности и увеличению выхода. С другой стороны, обычно реакционное давление составляет 22 МПа или ниже, предпочтительно, чтобы оно составляло 20 МПа или ниже, более предпочтительно - 10 МПа или ниже, еще более предпочтительно - 5 МПа или ниже, наиболее предпочтительно - 3 МПа или ниже. При использовании давления ниже верхнего предела меньше вероятность протекания побочных реакций и разложения, что повышает выход.
Полученную суспензию, содержащую кристаллы сырой ароматической карбоновой кислоты, подвергают разделению в системе твердое вещество-жидкость с получением, в результате, осадка ароматической карбоновой кислоты.
Сырую ароматическую карбоновую кислоту восстанавливают в растворителе с превращением, в результате, промежуточных соединений в водорастворимый ингредиент. В результате получают кристаллы ароматической карбоновой кислоты высокой чистоты. В качестве растворителя обычно используют воду. Полученную суспензию, содержащую кристаллы ароматической карбоновой кислоты высокой чистоты, подвергают разделению в системе твердое вещество-жидкость с получением осадка ароматической карбоновой кислоты.
Кристаллы ароматической карбоновой кислоты, которые поставляют в качестве товарного продукта, обычно требуют сушки до содержания жидкости 0,1% по массе или ниже. В силу этого осадок ароматической карбоновой кислоты, полученный в результате разделения в системе твердое вещество-жидкость, должен быть направлен на стадию сушки и высушен. В первом варианте осуществления изобретения содержание жидкости в ароматической карбоновой кислоте снижают заранее до 14% по массе или ниже для предотвращения прилипания кристаллов ароматической карбоновой кислоты в сушилке с псевдоожиженным слоем. Предпочтительно, чтобы содержание жидкости в ароматической карбоновой кислоте снижалось до 13% по массе или ниже, более предпочтительно - до 10% по массе или ниже, наиболее предпочтительно - до 8% по массе или ниже. Чем ниже содержание жидкости в осадке, тем меньше вероятность того, что кристаллы ароматической карбоновой кислоты будут прилипать в сушилке с псевдоожиженным слоем. Однако нежелательно чрезмерно понижать содержание жидкости, так как значительное снижение содержания жидкости перед подачей ее в сушилку требует значительных расходов. Обычно регулируют содержание жидкости в осадке до 3% по массе или выше, предпочтительно - 5% по массе или выше.
Термин "содержание жидкости" в изобретении означает величину, выраженную массовым отношением W1/W2, где W1 является массой жидкости (например, воды или органического растворителя), содержащейся в осадке ароматической карбоновой кислоты, и W2 является массой твердого вещества, содержащегося в осадке ароматической карбоновой кислоты. Главным компонентом твердого вещества обычно являются кристаллы ароматической карбоновой кислоты. Обычной является следующая методика. Сначала определяют массу осадка (W1 + W2), который является смесью жидкости и твердого вещества. Затем осадок нагревают, например, в печи для испарения и удаления жидкого вещества и определяют массу оставшегося твердого вещества (W2). В результате, может быть вычислено значение W1 и содержание жидкости. Когда осадок, который нагревают при атмосферном давлении (около 1 атм) и при температуре не ниже температуры кипения жидкости и не выше температуры сублимации ароматической карбоновой кислоты (например, при 150°С), не претерпевает изменение массы в течение 3 минут или более, считают, что испарение жидкости закончилось. В случае, когда жидкостью является вода, содержание жидкости в осадке может быть определено более легко путем определения содержания воды в осадке методом Фишера.
Во втором варианте осуществления изобретения для предотвращения прилипания кристаллов ароматической карбоновой кислоты в сушилке с псевдоожиженным слоем величину сыпучести осадка ароматической карбоновой кислоты предварительно снижают до 2000 мДж или ниже. В результате характеристики осадка регулируют так, чтобы он был, по меньшей мере, в определенной степени сыпучим. В результате, может быть предотвращено прилипание кристаллов ароматической карбоновой кислоты к внутренней стенке сушилки. Предпочтительно, чтобы величину сыпучести осадка регулировали так, чтобы она составляла 1900 мДж или ниже, более предпочтительно - 1800 мДж или ниже, еще более предпочтительно - 1700 мДж или ниже. С другой стороны, значительное снижение величины сыпучести перед подачей осадка в сушилку требует высоких затрат. Поэтому нежелательно чрезмерно снижать величину сыпучести. Предпочтительно, чтобы величину сыпучести осадка регулировали так, чтобы она составляла 1000 мДж или выше, более предпочтительно - 1200 мДж или выше, еще более предпочтительно - 1400 мДж или выше, наиболее предпочтительно - 1500 мДж или выше.
Величина сыпучести осадка обычно возрастает с увеличением содержания жидкости. Сухие ароматические карбоновые кислоты с содержанием жидкости 0,1% по массе или ниже имеют величину сыпучести обычно 1200-1300 мДж, в то время как ароматические карбоновые кислоты с содержанием жидкости 20% по массе имеют величину сыпучести около 3000 мДж. В результате исследования, проведенного авторами изобретения, было обнаружено, что точка, в которой происходит резкое изменение величины сыпучести, соответствует содержанию жидкости в интервале 10-20% по массе. Полагают, что положение этой точки зависит от различных факторов для конкретных осадков, включая распределение частиц по диаметру, форму частиц, состояние поверхности частиц (например, заряд), и другие факторы.
Далее объясняются способы сушки осадка ароматической карбоновой кислоты с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем. Сушилка с псевдоожиженным слоем является аппаратом, в который вводят сушильный газ для испарения жидкости, которая присутствует в осадке ароматической карбоновой кислоты, и, в результате, происходит сушка осадка.
Режим сушилки с псевдоожиженным слоем в изобретении конкретно не ограничивается. Может быть использована либо сушилка периодического действия, либо сушилка непрерывного действия. Следует, однако, отметить, что для сушилок с псевдоожиженным слоем непрерывного действия характерно возникновение эффекта прилипания, и так как в них непрерывно подают осадок ароматической карбоновой кислоты, имеющее место явление прилипания приводит к значительным отрицательным последствиям, таким как снижение эффективности сушки и остановка установки. Следовательно, изобретение является очень полезным в случае применения его для сушилки с псевдоожиженным слоем непрерывного действия. Тип сушилки с псевдоожиженным слоем также конкретно не ограничивается. Например, может быть использована сушилка с псевдоожиженным слоем, описанная в патентном документе JP-A-2004-315431.
Скорость, при которой осадок ароматической карбоновой кислоты подают в сушилку с псевдоожиженным слоем, не ограничивается. Однако необходимо иметь в виду следующее. Когда осадок подают при низкой скорости, прилипание происходит в меньшей степени, даже когда содержание жидкости в осадке является относительно высоким. Когда осадок подают при более высокой скорости, прилипание происходит в значительной степени. Следовательно, изобретение является очень полезным, когда его применяют для сушки, при которой осадок подают со скоростью 50 кг/час (кг в час) или выше. Предпочтительно, чтобы скорость подачи составляла более 150 кг/час или выше, еще более предпочтительно - 250 кг/час или выше, наиболее предпочтительно - 1,000 кг/час или выше. Несмотря на то, что скорость подачи осадка не ограничивается, если только она не превышает производительность сушилки с псевдоожиженным слоем, обычно эта скорость составляет 400 тонн/час или ниже, предпочтительно - 200 тонн/час или ниже, более предпочтительно - 150 тонн/час или ниже, еще более предпочтительно - 100 тонн/час или ниже.
Предпочтительно, чтобы время пребывания осадка ароматической карбоновой кислоты в сушилке с псевдоожиженным слоем находилось в интервале от 15 минут до 150 минут. Время пребывания осадка зависит от размера сушилки, скорости подачи осадка, температуры и скорости потока сушильного газа, содержания жидкости или величины сыпучести осадка и других факторов. Однако, с точки зрения высокой эффективности сушки кристаллов ароматической карбоновой кислоты и снижения содержания жидкости в них до 0,1% по массе или ниже, желательно, чтобы время пребывания составляло 15 минут или более. Более желательно, чтобы время пребывания составляло 30 минут или более, еще более желательно - 45 минут или более. С другой стороны, с точки зрения снижения издержек производства и повышения производительности, предпочтительно, чтобы время пребывания было небольшим. Желательно, чтобы время пребывания составляло 150 минут или менее, более желательно - 90 минут или менее, еще более желательно - 75 минут или менее.
Температура осадка, измеренная на входе в сушилку с псевдоожиженным слоем, конкретно не ограничивается. Однако обычно его температура составляет около 70-100°C.
Примеры жидкого вещества, содержащегося в осадке ароматической карбоновой кислоты, включают воду или используемую в производстве в качестве растворителя уксусную кислоту. Однако жидкое вещество конкретно не ограничивается. Сушильным газом является газ, который служит для уноса и удаления этого жидкого вещества, содержащегося в осадке ароматической карбоновой кислоты, и который имеет такую влажность, которая не вызывает конденсации росы при температуре работы сушилки. Например, предпочтительным является газ с точкой росы -40°C или ниже. С точки зрения предотвращения конденсации росы, желательно, чтобы сушильный газ подавался в количестве, которое соответствует количеству жидкого вещества, уносимого газом.
3
3
Следует соблюдать осторожность, чтобы не вызвать конденсации росы, так как количество присутствующего в сушильном газе жидкого вещества является большим в верхнем выходящем потоке газа в сушилке с псевдоожиженным слоем, чем в нижнем входящем потоке. В случае, когда в качестве сушильного газа используют газ с точкой росы -40°C, желательно, чтобы количество вводимого сушильного газа составляло 100-1000 м, более желательно - 300-800 м, при нормальных условиях в расчете на тонну ароматической карбоновой кислоты, содержащейся в осадке ароматической карбоновой кислоты. Термин "нормальные условия" означает температуру 0°C и давление 1 атм.
Желательно, чтобы приведенная скорость сушильного газа, подаваемого в сушилку с псевдоожиженным слоем, находилась в интервале 0,2-1 м/сек в расчете для нормальных условий. Термин "приведенная скорость" относится к величине, полученной путем деления объемной скорости потока сушильного газ на площадь поперечного сечения сушилки с псевдоожиженным слоем, и ее обычно выражают в виде скорости при нормальных условиях (0°C, 1 атм). Регулирование приведенной скорости сушильного газа до 0,2 м/сек или выше имеет преимущества, которые заключаются в повышении эффективности контакта газ/твердое тело и в повышении эффективности сушки. Более предпочтительно, чтобы приведенная скорость сушильного газа составляла 0,25 м/сек или выше, еще более предпочтительно - 0,3 м/сек или выше. С другой стороны, регулирование приведенной скорости сушильного газа до 1 м/сек или ниже имеет преимущество, которое заключается в том, что в меньшей степени разрушаются частицы ароматической карбоновой кислоты. Разрушенными частицами являются тонкодисперсные частицы, которые могут выводиться вместе с выходящим газом и которые приводят к технологическим проблемам. Кроме того, когда используют такую скорость, может быть уменьшено количество циркулирующего вещества в циклоне, которое будет описано позже. Более предпочтительно, чтобы приведенная скорость сушильного газа составляла 0,85 м/сек или ниже, еще более предпочтительно - 0,7 м/сек или ниже.
Считают, что на разрушение частиц влияет линейная скорость выброса газа в отверстии для выброса сушильного газа, образованного в нижней части сушилки с псевдоожиженным слоем. Предпочтительно, чтобы линейную скорость выброса газа регулировали так, чтобы она составляла 2 м/сек или выше, хотя ее выбираемый интервал зависит от отношения размера отверстия для выброса к диаметру колонны. Регулирование линейной скорости выброса газа до этого значения имеет преимущество, заключающееся в легкости течения порошка, что повышает эффективность сушки и, кроме того, предотвращает забивание отверстия для выброса газа. Более предпочтительно, чтобы линейная скорость выброса газа составляла 2,5 м/сек или выше, еще более предпочтительно - 3 м/сек или выше. Предпочтительно, чтобы линейную скорость выброса газа регулировали так, чтобы она составляла 75 м/сек или ниже. Это дает преимущество, заключающееся в меньшей степени разрушения частиц ароматической карбоновой кислоты. Кроме того, может быть уменьшено количество циркулирующего вещества в циклоне, которое будет описано позже. Более предпочтительно, чтобы линейная скорость выброса газа составляла 50 м/сек или ниже, еще более предпочтительно - 35 м/сек или ниже.
2
Сушильный газ, подаваемый в сушилку с псевдоожиженным слоем, имеет любую необходимую температуру. Однако, с точки зрения повышения эффективности сушки, желательно, чтобы температура газа составляла 80°C или выше. Более предпочтительно, чтобы температура газа составляла 90°C или выше. Чем выше температура сушильного газа, тем выше эффективность сушки. Например, когда в качестве источника тепла для нагрева сушильного газа используют пар или горячее масло, температура газа может быть повышена примерно до 160°C или 320°C, соответственно. Когда выходящий газ из нагревательной печи используют в качестве источника тепла, температура сушильного газа может быть повышена примерно до 850°C. Однако, с точки зрения затрат, в качестве источника тепла предпочтительно использовать пар (например, пар с давлением около 6 кг/см). Желательно, чтобы температура сушильного газа составляла 160°C или ниже.
Выводимые из сушилки кристаллы ароматической карбоновой кислоты до того как они достигнут входа в бункер, обычно охлаждают до температуры 80°C или ниже с помощью трубопровода с рубашкой (труба с двойными стенками, охлаждаемая водой). Это связано с тем, что эластичные контейнерные мешки имеют термостойкость примерно до температуры 80°C. В случае, когда температура на выходе из сушилки является слишком высокой, необходимо увеличить длину трубопровода с рубашкой, а это приводит к повышению, а не к понижению затрат. Кроме того, с этой точки зрения желательно, чтобы температура сушильного газа составляла 160°C или ниже, более предпочтительно - 140°C или ниже, еще более предпочтительно - 120°C или ниже.
Желательно, чтобы сушильным газом являлся технологический газ, инертный газ, или смесь таких газов. Термин "инертный газ" относится к газу, который не реагирует с ароматической карбоновой кислотой. Примеры инертного газа включают азот, воздух и благородные газы. Под технологическим газом подразумевается любой из газов, который образуется на стадии описанного выше получения сырой ароматической карбоновой кислоты из алкилароматического соединения, стадии получения ароматической карбоновой кислоты высокой чистоты из сырой ароматической карбоновой кислоты и последующих стадиях. Примеры технологического газа включают отходящий газ, который образуется при окислении п-ксилола воздухом на стадии получения терефталевой кислоты, и газ, получаемый в результате обработки отходящего газа. Использование технологического газа имеет преимущество, заключающееся в доступности этого газа в большом количестве при низкой стоимости и отсутствии необходимости отдельного получения газа.
Сушильный газ, который был использован для сушки осадка ароматической карбоновой кислоты в сушилке с псевдоожиженным слоем, содержит испаренное жидкое вещество и выводится в качестве отходящего газа сушилки из сушилки с псевдоожиженным слоем через штуцер вывода сушильного газа.
Предпочтительно, чтобы температура газа, измеренная в штуцере вывода сушильного газа, составляла 80°C-160°C. Когда количество подвергаемого обработке осадка является небольшим, а время пребывания осадка является относительно большим, то тогда температура газа в штуцере вывода сушильного газа значительно не отличается от температуры газа в штуцере подачи. Более предпочтительно, чтобы температура газа в штуцере вывода сушильного газа составляла 80-145°C. Предпочтительно, чтобы содержание жидкости в сушильном газе, определяемое в штуцере вывода сушильного газа, регулировали так, чтобы оно составляло 5-30% по массе. Когда содержание жидкости в сушильном газе в штуцере вывода сушильного газа регулируют до низкого значения, ароматическая карбоновая кислота становится достаточно сухой. Когда содержание жидкости в сушильном газе на выходе сушильного газа регулируют до высокого значения, может быть достигнуто снижение издержек производства. Более предпочтительно, чтобы содержание жидкости в сушильном газе регулировали так, чтобы оно составляло 8% по массе или выше, и более предпочтительно - 25% по массе или ниже.
Содержание жидкости в сушильном газе в штуцере вывода сушильного газа может регулироваться, например, путем повышения или уменьшения скорости потока сушильного газа.
Следует отметить, что при работе сушилки с псевдоожиженным слоем в ряде случаев в зависимости от таких факторов, как количество подаваемого сушильного газа, приведенная скорость газа в аппарате, и условий псевдоожижения, в отводимом газе может содержаться не только испаряемое жидкое вещество, но также и твердое вещество, состоящее из кристаллов ароматической карбоновой кислоты. Унос этих кристаллов приводит к снижению суммарного выхода. Поэтому желательно максимально извлекать кристаллы.
Желательно, чтобы для разделения твердого вещества, содержащегося в отходящем газе сушилки с псевдоожиженным слоем, от газообразного вещества использовали такой аппарат для извлечения твердого вещества, как, например, циклон, и извлеченное твердое вещество возвращали в сушилку с псевдоожиженным слоем. При использовании циклона твердое вещество, содержащееся в отходящем газе, может быть собрано с помощью центробежной силы и отделено путем седиментации от газообразного вещества, то есть от выходящего из циклона газа.
Предпочтительно, чтобы изобретение дополнительно включало стадию, на которой, по меньшей мере, часть отводимого из сушилки с псевдоожиженным слоем газа направляли в циклон и разделяли на твердое вещество и газообразный ингредиент и твердое вещество возвращали в сушилку с псевдоожиженным слоем. Предпочтительно, чтобы коэффициент циркуляции циклона регулировали так, чтобы он составлял 0,15-0,7. Высокий коэффициент циркуляции означает, что присутствующий в сушилке порошок находится в состоянии энергичного течения. Следовательно, чем выше коэффициент циркуляции, тем короче период времени, требуемый для сушки. Предпочтительно, чтобы коэффициент циркуляции составлял 0,15 или выше, более предпочтительно - 0,2 или выше. С другой стороны, слишком высокие коэффициенты циркуляции приводят к росту издержек производства. Следовательно, предпочтительно, чтобы коэффициент циркуляции составлял 0,7 или ниже, более предпочтительно - 0,6 или ниже.
Коэффициент циркуляции циклона может быть определен путем деления циркулирующего через циклон количества вещества (количества твердого вещества, извлекаемого с помощью циклона (кг/час)) на количество осадка, подаваемого в сушилку с псевдоожиженным слоем (кг/час).
Другие методы извлечения твердого вещества включают метод, в котором используют скруббер для обработки отходящего газа путем его промывки, например, уксусной кислотой, в результате чего твердое вещество, содержащееся в отходящем газе, извлекают в виде суспензии. Остающееся газообразное вещество выводят в виде отходящего газа скруббера.
Предпочтительно, чтобы полученный в циклоне выходящий из циклона газ далее подвергали обработке в скруббере путем промывки уксусной кислотой с извлечением, в результате, в виде суспензии твердого вещества, которое не было извлечено в циклоне и оставалось в выходящим из циклона газе. Такая операция является желательной, так как ароматическая карбоновая кислота может быть извлечена более полно с увеличением выхода.
Извлеченная суспензия может, например, быть направлена в емкость для смешения и снова использована в качестве сырья для реакции. В качестве варианта, извлеченная суспензия может быть направлена в сепаратор жидкой и твердой фаз и использована в качестве жидкости для промывки осадка. В любом случае желательно, чтобы извлеченное твердое вещество возвращали на любую из стадий получения ароматической карбоновой кислоты.
С другой стороны, выходящий из скруббера газ содержит жидкие вещества, которые попали в него в сушилке с псевдоожиженным слоем и скруббере. Желательно, чтобы жидкие вещества удаляли из этого выходящего из скруббера газа с помощью устройства для очистки газа, и полученный очищенный газ возвращали на стадию, так как эта операция может уменьшить количество сбрасываемого газа, который выводят из системы. Например, выходящий из скруббера газ обрабатывают так, чтобы он имел влажность и температуру, которые удовлетворяют таким же требованиям, как и в случае сушильного газа при его использовании в сушилке с псевдоожиженным слоем, и часть газа или весь обработанный таким образом газ используют в качестве циркулирующего газа вместе с сушильным газом. Этот метод является желательным с точки зрения защиты окружающей среды и снижения издержек производства.
Высушенные таким образом кристаллы ароматической карбоновой кислоты обычно имеют содержание жидкости около 0,1% по массе или ниже. Желательно, чтобы температура кристаллов ароматической карбоновой кислоты, полученных в сушилке с псевдоожиженным слоем, составляла 70°C или выше. Причина состоит в том, что такая температура является эффективной для увеличения скорости испарения и увеличения количества испаренного жидкого вещества и для достижения соответствующей степени сушки. Более желательно, чтобы температура кристаллов составляла 80°C или выше, более предпочтительно - 90°C или выше. С другой стороны, желательно, чтобы температура кристаллов ароматической карбоновой кислоты составляла 100°C или ниже. Такая температура имеет преимущество, заключающееся в том, что, например, для охлаждения достаточен снабженный рубашкой трубопровод меньшей длины, или для охлаждения нет необходимости в использовании снабженного рубашкой трубопровода.
В сушилке с псевдоожиженным слоем осадок ароматической карбоновой кислоты подвергают псевдоожижению с помощью сушильного газа с достижением в результате увеличения площади эффективной сушки, содержащееся в осадке ароматической карбоновой кислоты жидкое вещество (например, воду) испаряют за счет поверхностного испарения. Поэтому температура ароматической карбоновой кислоты может поддерживаться при 100°C или ниже.
Далее объясняются способы регулирования содержания жидкости в осадке ароматической карбоновой кислоты до 14% по массе или ниже в первом варианте осуществления изобретения.
Способы снижения содержания жидкости в осадке ароматической карбоновой кислоты до 14% по массе или ниже в изобретении конкретно не ограничиваются. Их примеры включают: (i) способ, в котором суспензию, содержащую ароматическую карбоновую кислоту, подвергают разделению в системе твердое вещество-жидкость под давлением с получением осадка ароматической карбоновой кислоты, и этот осадок подвергают мгновенной сушке; (ii) способ, в котором осадок ароматической карбоновой кислоты предварительно сушат с помощью нагревателя; и (iii) способ, в котором кристаллы ароматической карбоновой кислоты, которые уже были подвергнуты сушке, смешивают с осадком ароматической карбоновой кислоты. Предпочтительным из них, с точки зрения легкости регулирования, снижения размеров аппарата и простоты метода, является способ (i). Далее будет объяснен каждый способ.
(i) Способ, в котором суспензию, содержащую ароматическую карбоновую кислоту, подвергают разделению в системе твердое вещество-жидкость под давлением с получением осадка ароматической карбоновой кислоты, и этот осадок подвергают мгновенной сушке:
Мгновенная сушка является способом сушки, в котором прикладываемое к осадку ароматической карбоновой кислоты давление резко понижают, в результате чего происходит испарение содержащейся в осадке жидкости. В этом способе разделение в системе твердое вещество-жидкость проводят под давлением, то есть при давлении выше атмосферного давления (0,1 МПа), и полученный осадок ароматической карбоновой кислоты извлекают при сохранении повышенного давления и затем направляют его в зону с более низким давлением. В результате, высвобождается внутренняя энергия, и содержащаяся в осадке жидкость испаряется, в результате чего может быть снижено содержание жидкости в осадке.
При применении этого метода в способе получения ароматической карбоновой кислоты, в котором реакцию окисления алкилароматического соединения и реакцию восстановления промежуточного соединения проводят под давлением при высокой температуре и затем проводят разделение в системе твердое вещество-жидкость и сушку, суспензия может быть подвергнута разделению в системе твердое вещество-жидкость при сохранении тех же самых значений давления и температуры, которые использовались при реакции окисления, а затем может быть проведена мгновенная сушка. Поэтому преимущество заключается в снижении содержания жидкости в осадке без дополнительных затрат.
Разделение в системе твердое вещество-жидкость может быть осуществлено при любом давлении, которое выше атмосферного давления. Однако предпочтительно, чтобы давление для разделения в системе твердое вещество-жидкость составляло 0,11 МПа или выше, более предпочтительно - 0,21 МПа или выше, еще более предпочтительно - 0,31 МПа или выше. Чем выше давление относительно нижнего предела, тем более высокий эффект достигается при последующей мгновенной сушке, и тем в большей степени может быть снижено содержание жидкости. Предпочтительно, чтобы давление составляло 22 МПа или ниже, более предпочтительно - 12 МПа или ниже, еще более предпочтительно - 7 МПа или ниже, наиболее предпочтительно - 5 МПа или ниже, наиболее предпочтительно - 3 МПа или ниже. Чем ниже давление относительно верхнего предела, тем в большей степени достигается преимущество, заключающееся в легкости регулирования мгновенной сушки и в достижении снижения стоимости оборудования. В случае, когда этот метод применяют в способе получения ароматической карбоновой кислоты, предпочтительно, чтобы давление для разделения в системе твердое вещество-жидкость регулировали так, чтобы оно было не выше, чем давление, используемое в реакции окисления алкилароматического соединения.
Температура, используемая для разделения в системе твердое вещество-жидкость, конкретно не ограничивается. Однако предпочтительно, чтобы температура составляла 50°C или выше, более предпочтительно - 100°C или выше, еще более предпочтительно - 130°C или выше. Чем выше температура относительно нижнего предела, тем более высокий эффект достигается при последующей мгновенной сушке, и тем в большей степени может быть снижено содержание жидкости. С другой стороны, предпочтительно, чтобы температура для разделения в системе твердое вещество-жидкость составляла 350°C или ниже, более предпочтительно - 300°C или ниже, еще более предпочтительно - 250°C или ниже. Чем ниже температура относительно верхнего предела, тем в большей степени достигается преимущество, заключающееся в снижении стоимости оборудования. В случае, когда этот метод применяют в способе получения ароматической карбоновой кислоты, предпочтительно, чтобы температура для разделения в системе твердое вещество-жидкость регулировали так, чтобы она была не выше, чем температура, используемая в реакции окисления алкилароматического соединения.
Примеры аппарата для использования при разделении суспензии в системе твердое вещество-жидкость под давлением включают обезвоживающий отстойник, сепаратор со сплошным ротором и роторный фильтр-пресс.
Отделенный осадок обычно хранят в камере, имеющей практически такое же давление, как и в сепараторе жидкой и твердой фаз, и его выводят, в соответствии с потребностью, с помощью выпускного клапана и направляют при регулировании количества осадка в емкость для порошка, имеющую более низкое давление. В результате такой выгрузки с помощью клапана осадка, находящегося под давлением в камере, в среду с более низким давлением, температура кипения находящейся в осадке жидкости понижается. Находящаяся в осадке жидкость испаряется вследствие физической теплоты за счет получающейся в результате разницы в температуре кипения.
Количество осадка, хранимого в камере, и частота его вывода через выпускной клапан конкретно не ограничиваются. В камере может постоянно находиться осадок, или она может периодически быть незаполненной. Кстати, при поддержании давления в камере выше, чем в емкости для порошка, клапан может быть всегда открытым. Однако предпочтительно периодически открывать/закрывать клапан, так как важно обеспечить герметизацию газа. Количество осадка, присутствующего в камере, может быть измерено косвенно или непосредственно без конкретных ограничений. Обычно для определения положения поверхности осадка применяют детектор электроконтактного типа или дальномерное устройство, использующее свет или звуковую волну. Камера может быть снабжена только одним выпускным клапаном или двумя или более выпускными клапанами. Примеры клапанов включают шаровой клапан, двухстворчатый клапан, поворотный клапан, откидную задвижку, шибер и шпиндельный клапан. Камера может быть сконструирована так, чтобы можно было непрерывно выводить осадок путем использования двух или более клапанов и регулирования времени открытия каждого клапана.
Предпочтительно, чтобы разность давлений при мгновенной сушке (разность давлений между сепаратором и зоной с низким давлением) составляла 0,01 МПа или больше, более предпочтительно - 0,11 МПа или больше, еще более предпочтительно - 0,21 МПа или больше. Чем больше разность давлений относительно нижнего предела, тем более эффективной является мгновенная сушка и в большей степени может быть снижено содержание жидкости. Предпочтительно, чтобы разность давлений составляла 22 МПа или меньше, более предпочтительно - 12 МПа или меньше, еще более предпочтительно - 7 МПа или меньше. Чем меньше разность давлений относительно верхнего предела, тем большее достигается преимущество, заключающееся в легкости регулирования мгновенной сушки и снижении стоимости оборудования.
Предпочтительно, чтобы разность между температурой осадка перед мгновенной сушкой и после сушки (разница между температурой осадка в сепараторе и температурой осадка в зоне с низким давлением) составляла 5°C или больше, более предпочтительно - 10°C или больше, еще более предпочтительно - 20°C или больше. Чем больше разность температур относительно нижнего предела, тем более эффективной является мгновенная сушка и в большей степени может быть снижено содержание жидкости. Предпочтительно, чтобы разность температур составляла 250°C или меньше, более предпочтительно - 200°C или меньше, еще более предпочтительно - 170°C. Чем меньше разность температур относительно верхнего предела, тем в большей степени достигается преимущество, заключающееся в снижении стоимости оборудования.
В качестве мгновенной сушилки может быть использована сушилка, описанная, например, в патентном документе JP-A-2002-336687.
Предпочтительно, чтобы снижение содержания жидкости в осадке ароматической карбоновой кислоты в результате мгновенной сушки составляло 3% по массе или больше, более предпочтительно - 6% по массе или больше, еще более предпочтительно - 9% по массе или больше. Однако предпочтительно, чтобы снижение содержания жидкости составляло 15% по массе или меньше, более предпочтительно - 12% по массе или меньше. Кстати, когда снижение составляет 3% по массе, это означает, например, что содержание жидкости понизилось с 15% по массе до 12% по массе.
Кроме регулирования снижения содержания жидкости путем изменения давления или температуры оно может легко регулироваться путем повышения или снижения скорости подачи осадка.
Стадия мгновенной сушки может быть осуществлена в любом месте технологической схемы между стадией разделения в системе твердое вещество-жидкость и стадией сушки с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем. Стадия разделения в системе твердое вещество-жидкость и стадия мгновенной сушки могут проводиться последовательно. В качестве варианта стадия мгновенной сушки может быть проведена непосредственно перед штуцером ввода осадка сушилки с псевдоожиженным слоем.
(ii) Способ, в котором осадок ароматической карбоновой кислоты подвергают предварительной сушке с помощью нагревателя:
В этом методе нагреватель (нагревающее устройство) устанавливают перед сушилкой, и жидкость, содержащуюся в осадке ароматической карбоновой кислоты, удаляют путем испарения с достижением, в результате, снижения содержания жидкости в осадке. Тип нагревателя конкретно не ограничивается, при условии, что он позволяет достигать поставленную цель. С точки зрения экономичности, предпочтительно, чтобы пар, образующийся в качестве побочного продукта на стадиях получения ароматической карбоновой кислоты, использовался в качестве источника тепла для нагревателя.
Температура, до которой осадок должен быть нагрет с помощью нагревателя, обычно может быть любой температурой не ниже, чем температура кипения содержащейся в осадке жидкости.
Однако следует отметить, что слишком высокие температуры нагрева могут приводить к разложению или сублимации ароматической карбоновой кислоты. Поэтому обычно осадок нагревают до температуры ниже, чем температуры разложения и сублимации ароматической карбоновой кислоты. Время нагревания может быть соответственно определено исходя из содержания жидкости в подаваемом осадке, требуемого конечного содержания жидкости в осадке, требуемого снижения содержания жидкости в осадке и других факторов. Предпочтительно, чтобы время нагревания выбирали после того, как определено содержание жидкости в осадке.
Предпочтительно, чтобы снижение содержания жидкости в осадке ароматической карбоновой кислоты с помощью этого метода составляло 3% по массе или больше, более предпочтительно - 6% по массе или больше, еще более предпочтительно - 9% по массе или больше. Однако, предпочтительно, чтобы снижение содержания жидкости составляло 15% по массе или меньше, более предпочтительно - 12% по массе или меньше. Кстати, когда снижение составляет 3% по массе, это означает, например, что содержание жидкости понизилось с 15% по массе до 12% по массе.
(iii) Способ, в котором кристаллы ароматической карбоновой кислоты, которые уже были подвергнуты сушке, смешивают с осадком ароматической карбоновой кислоты:
В этом способе кристаллы ароматической карбоновой кислоты, которые уже были подвергнуты сушке и имеют низкое содержание жидкости, смешивают с осадком ароматической карбоновой кислоты, имеющим высокое содержание жидкости, с достижением, в результате, пониженного содержания жидкости в полученной смеси в целом. Добавляемые для смешения кристаллы ароматической карбоновой кислоты могут быть любыми кристаллами кислоты, которые имеют требуемое низкое содержание жидкости. Однако предпочтительно с точки зрения экономичности использовать сухие кристаллы ароматической карбоновой кислоты, полученные в качестве товарного продукта на обычных стадиях получения ароматической карбоновой кислоты. Предпочтительно, чтобы содержание жидкости в добавляемых для смешения кристаллах ароматической карбоновой кислоты составляло 0,12% по массе или ниже, более предпочтительно - 0,10% по массе или ниже. Количество добавляемых для смешения кристаллов ароматической карбоновой кислоты может быть соответственно выбрано исходя из содержания жидкости в подаваемом осадке, требуемого конечного содержания жидкости в осадке, требуемого снижения содержания жидкости в осадке и других факторов.
Предпочтительно, чтобы снижение содержания жидкости в осадке ароматической карбоновой кислоты с помощью этого способа составляло 3% по массе или больше, более предпочтительно - 6% по массе или больше, еще более предпочтительно - 9% по массе или больше. Однако, предпочтительно, чтобы снижение содержания жидкости составляло 15% по массе или меньше, более предпочтительно - 12% по массе или меньше. Кстати, когда снижение составляет 3% по массе, это означает, например, что содержание жидкости понизилось с 15% по массе до 12% по массе.
Для регулирования величины сыпучести осадка ароматической карбоновой кислоты до 2000 мДж или ниже во втором варианте осуществления изобретения могут быть использованы такие же методы, как методы, используемые для регулирования содержания жидкости до 14% по массе или ниже в первом варианте осуществления.
Что касается третьего варианта осуществления изобретения, то может быть использован способ, аналогичный способу (i) в первом варианте осуществления.
Хотя способы изобретения применяются в способах получения ароматических карбоновых кислот, предпочтительно применять эти способы в способе получения терефталевой кислоты.
Например, способы применимы на стадии сушки в способе получения сырой терефталевой кислоты, который включает окисление п-ксилола в растворителе с получением суспензии сырой терефталевой кислоты, разделение суспензии в системе твердое вещество-жидкость с получением осадка терефталевой кислоты и сушку осадка. Кроме того, способы применимы на стадии сушки в способе получения терефталевой кислоты высокой чистоты, который включает восстановление сырой терефталевой кислоты в растворителе, содержащем воду, с последующей кристаллизацией терефталевой кислоты из жидкой реакционной смеси с получением суспензии, разделение суспензии в системе твердое вещество-жидкость с получением осадка терефталевой кислоты и сушку осадка.
Далее со ссылкой на Фиг.3 объясняется пример, в котором изобретение применяют в способе получения сырой терефталевой кислоты.
В растворителе, состоящем из уксусной кислоты A', окисляют 95% или более п-ксилола B' в присутствии катализатора, содержащего кобальт, марганец и бром при непрерывной подаче в реактор окисления 11 газа, содержащего молекулярный кислород. Хотя может использоваться только один реактор окисления 11, предпочтительно использовать два или более последовательно соединенных реакторов окисления 11 для проведения реакции окисления в две или более стадий. Условия обычно включают температуру 100-250°C и давление 0,2-5 МПа. Время реакции окисления (среднее время пребывания) обычно составляет 30-300 минут.
Из реактора окисления 11 выводят суспензию терефталевой кислоты C, состоящей из кристаллов терефталевой кислоты и растворителя. Хотя состояние реакционной смеси, полученной в результате реакции, конкретно не ограничивается, реакционную смесь называют суспензией, когда она состоит из двух фаз, которыми являются твердая фаза и жидкая фаза, или состоит из трех фаз, которыми являются газовая, жидкая и твердая фазы. Терефталевую кислоту получают в виде твердого вещества, предпочтительно в виде кристаллов, и получают суспензию, содержащую, по меньшей мере, твердое соединение и растворитель. Часть терефталевой кислоты может быть растворена в реакционной среде.
Далее, суспензию необязательно охлаждают в кристаллизаторе 12 при пониженном давлении для дополнительного осаждения кристаллов, содержащих терефталевую кислоту в качестве основного компонента. Хотя может быть использован только один кристаллизатор 12, предпочтительно использовать два или более последовательно соединенных кристаллизаторов 12 для проведения кристаллизации в две или более стадий. Однако в случае, когда на последующей стадии проводят разделение в системе твердое вещество-жидкость под давлением, желательно не проводить кристаллизацию в кристаллизаторе.
Суспензию C' вводят в сепаратор жидкой и твердой фаз 13 и разделяют на отделенный маточный раствор D' и влажный осадок E'. Этот осадок имеет содержание жидкости 50% по массе или ниже, предпочтительно - 30% по массе или ниже, более предпочтительно - 20% по массе или ниже, наиболее предпочтительно - 15% по массе или ниже. Далее объясняется метод разделения суспензии C в системе твердое вещество-жидкость с помощью сепаратора жидкой и твердой фаз 13. Разделение в системе твердое вещество-жидкость обычно включает стадию разделения в системе твердое вещество-жидкость и стадию промывки, и эти стадии могут, каждая в отдельности, быть проведены в соответствующих аппаратах. Однако эти две стадии могут быть проведены и одновременно в одном аппарате (аппарате для разделения в системе твердое вещество-жидкость и промывки). Примеры такого аппарата включают обезвоживающий отстойник, сепаратор со сплошным ротором, вращающийся вакуумный фильтр, горизонтальный ленточный фильтр и роторный фильтр-пресс. Предпочтительными являются аппараты, в которых разделение в системе твердое вещество-жидкость может быть осуществлено под давлением, такие как обезвоживающий отстойник, сепаратор со сплошным ротором и роторный фильтр-пресс.
Когда существует вероятность того, что подача полученного влажного осадка E' в том виде, как он есть, в сушилку с псевдоожиженным слоем 15 может вызвать такое нарушение, как слипание, как это происходит в случае, когда влажный осадок E' имеет высокое содержание жидкости или высокую величину сыпучести, то тогда влажный осадок E' подают на стадию регулирования характеристик осадка 14. Полученный таким образом осадок терефталевой кислоты F' имеет пониженное содержание жидкости или пониженную величину сыпучести. Этот осадок F' сушат с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем 15 с получением кристаллов сырой терефталевой кислоты G'. На стадии регулирования характеристик осадка 14 могут применяться описанные выше методы. Предпочтительным методом является мгновенная сушка.
Далее, осадок терефталевой кислоты F' сушат в сушилке с псевдоожиженным слоем 15. В сушилке с псевдоожиженным слоем 15 жидкое вещество, которое содержалось в осадке терефталевой кислоты F', испаряют и удаляют с помощью сушильного газа H'. Уксусная кислота является основным компонентом жидкого вещества, содержащегося в осадке терефталевой кислоты F'. Сушильный газ H' содержит жидкое вещество, испаренное и удаленное из осадка терефталевой кислоты, и выводится из сушилки с псевдоожиженным слоем 15 в виде отходящего из сушилки газа I'. Перед тем как его таким образом выводят, отходящий из сушилки с псевдоожиженным слоем газ I' подвергают обработке в циклоне 16 для разделения твердого вещества (кристаллов терефталевой кислоты), содержащегося в отходящем газе I', от газообразного вещества. Это извлекаемое твердое вещество J' направляют в сушилку с псевдоожиженным слоем 15. Газообразное вещество выводят в качестве выводимого из циклона газа K'.
Кроме того, отходящий из сушилки с псевдоожиженным слоем газ I' и/или выводимый из циклона газ K' желательно подвергать очистке с помощью уксусной кислоты в скруббере 17 для извлечения содержащихся в них твердого вещества в виде извлеченной суспензии L1. Газообразное вещество выводят в качестве выводимого из скруббера газа M1.
Извлеченная, полученная таким образом суспензия L' может быть направлена в реактор окисления 11 и растворена в уксусной кислоте A' вместе с п-ксилолом B'. Более желательно, чтобы извлеченную суспензию L' направляли в сепаратор жидкой и твердой фаз 13 и использовали для промывки влажного осадка E'. С другой стороны, желательно, чтобы выводимый из скруббера газ M' подвергали обработке с помощью устройства для очистки газа 18 для удаления из него жидкого вещества и, в результате, получения циркулирующего газа N', имеющего такую же влажность и температуру, как сушильный газ H', и часть или весь газ N' возвращали в сушилку с псевдоожиженным слоем 15.
Далее со ссылкой на Фиг.4 объясняется пример, в котором изобретение применяют в способе получения терефталевой кислоты высокой чистоты.
Сначала, в емкости для смешения 31 сырую терефталевую кислоту a' смешивают с водой b' с получением исходной суспензии c'. Эту исходную суспензию c' перекачивают с помощью насоса 32 и затем нагревают с помощью подогревателя 33 до полного растворения. Полученный раствор d' контактируют с водородом в реакторе гидрирования 34 для восстановления окисленных промежуточных соединений, содержавшихся в сырой терефталевой кислоте, и таким образом очищают сырую терефталевую кислоту. Окисленными промежуточными соединениями являются промежуточные соединения, которые образовались при окислении п-ксилола с целью очистки терефталевой кислоты, и основным их компонентом является 4-карбоксибензальдегид. Веществом, образующимся при восстановлении этого промежуточного соединения, является п-толуиловая кислота. В качестве катализатора гидрирования обычно используют катализатор, содержащий элемент Группы 8-10 Периодической системы элементов, такой как железо, рутений, осмий, кобальт, родий, иридий, никель, палладий или платина.
Из восстановленной жидкости e', полученной в результате очистки, проводят осаждение кристаллов терефталевой кислоты с получением, в результате, суспензии f'. На этой операции восстановленную жидкость e' в кристаллизаторе 35 охлаждают необязательно при пониженном давлении для ускорения осаждения кристаллов терефталевой кислоты. Хотя может быть использован только один кристаллизатор 35, предпочтительно использовать два или более последовательно соединенных кристаллизаторов 35 для проведения кристаллизации в две или более стадий. Так как окисленные промежуточные соединения восстанавливались в реакторе гидрирования 34 в хорошо растворимые в воде ингредиенты, то осажденные на этой стадии кристаллы терефталевой кислоты имеют высокую чистоту. Для дополнительного повышения чистоты желательно использовать температуру осаждения 120-180°C. Однако в случае, когда на последующей стадии должно проводиться разделение в системе твердое вещество-жидкость под давлением, желательно не проводить кристаллизацию в кристаллизаторе.
Суспензию f' вводят в сепаратор жидкой и твердой фаз 36 с получением отделенного маточного раствора j' и влажного осадка g'. Разделение в системе твердое вещество-жидкость обычно включает стадию разделения в системе твердое вещество-жидкость и стадию промывки, и эти стадии могут, каждая в отдельности, быть проведены в соответствующих аппаратах. Однако эти две стадии могут быть проведены и одновременно в одном аппарате (аппарате для разделения в системе твердое вещество-жидкость и промывки). Примеры такого аппарата включают обезвоживающий отстойник, сепаратор со сплошным ротором, вращающийся вакуумный фильтр, горизонтальный ленточный фильтр и роторный фильтр-пресс. Предпочтительными являются аппараты, в которых разделение в системе твердое вещество-жидкость может быть осуществлено под давлением, такие как обезвоживающий отстойник, сепаратор со сплошным ротором и роторный фильтр-пресс.
Когда существует вероятность того, что подача полученного влажного осадка g' в том виде, как он есть, в сушилку с псевдоожиженным слоем 38 может вызвать такое нарушение, как слипание, как это происходит в случае, когда влажный осадок g' имеет высокое содержание жидкости или высокую величину сыпучести, то тогда влажный осадок g' подают на стадию регулирования характеристик осадка 37. Полученный таким образом осадок терефталевой кислоты h' имеет пониженное содержание жидкости или пониженную величину сыпучести. Этот осадок h' сушат с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем 38 с получением кристаллов терефталевой кислоты высокой чистоты i'. На стадии регулирования состояния осадка 37 могут применяться описанные выше методы. Предпочтительным методом является мгновенная сушка.
Далее, осадок терефталевой кислоты h' сушат в сушилке с псевдоожиженным слоем 38. В сушилке с псевдоожиженным слоем 38 жидкое вещество, которое содержалось в осадке терефталевой кислоты h', испаряют и удаляют с помощью сушильного газа k'. Вода является основным компонентом жидкого вещества, содержащегося в осадке терефталевой кислоты h'. Сушильный газ k' содержит жидкое вещество, испаренное и удаленное из осадка терефталевой кислоты, и выводится из сушилки с псевдоожиженным слоем 38 в виде отходящего из сушилки газа l'. Перед тем как газ таким образом выводят, отходящий из сушилки с псевдоожиженным слоем газ l' подвергают обработке в циклоне 39 для разделения твердого вещества (кристаллов терефталевой кислоты), содержащегося в отходящем газе l', от газообразного вещества. Это извлекаемое твердое вещество m' направляют в сушилку с псевдоожиженным слоем 38. Газообразное вещество выводят в качестве выходящего из циклона газа n'.
Кроме того, отходящий из сушилки с псевдоожиженным слоем газ l' и/или выводимый из циклона газ n' желательно подвергать очистке с помощью воды в скруббере 40 для извлечения содержащегося в ней твердого вещества в виде извлеченной суспензии q'. Газообразное вещество выводят в качестве выходящего из скруббера газа p'.
Извлеченная, полученная таким образом суспензия q' может быть направлена в емкость для смешения 31 и растворена в воде b' вместе с сырой терефталевой кислотой a'. Более желательно, чтобы извлеченную суспензию q' направляли в сепаратор жидкой и твердой фаз 36 и использовали для промывки влажного осадка g'. С другой стороны, желательно, чтобы выходящий из скруббера газ p' подвергали обработке с помощью устройства для очистки газа 41 для удаления из него жидкого вещества и, в результате, получения циркулирующего газа r', имеющего такую же влажность и температуру, как сушильный газ k', и часть или весь газ r' возвращали в сушилку с псевдоожиженным слоем 38.
Далее изобретение будет объяснено более подробно с помощью примеров. Однако ни в коем случае не следует считать, что следующие примеры ограничивают изобретение.
<Способ определения содержания воды методом Фишера>
Брали навеску осадка или кристаллов терефталевой кислоты и помещали в колбу из полипропилена, и колбу герметизировали. Этот образец сразу подвергали анализу с помощью анализатора воды по методу Фишера (настольный автоматический анализатор для волюметрического титрования типа K-F-100 фирмы Mitsubishi Chemical Corp.). Определение проводилось при условиях, которые выбирались автоматически, когда образец помещали в автоматический анализатор.
<Метод определения величины сыпучести>
Величину сыпучести определяли следующим образом.
Измерительное устройство: реометр для порошков (FT-4, фирмы Sysmex Corp.)
Условия измерения:
В комнатных условиях (температура 25°C; влажность 60%) 160 мл анализируемого образца помещали в цилиндр из боросиликатного стекла с внутренним диаметром 50 мм. Закрученную лопасть диаметром 48 мм перемещали вверх/вниз при вращении и спирально (-5°) перемещали в образце. Устанавливали окружную скорость концевой части лопасти 100 мм/сек. При приготовлении к измерению лопасть вращали в обратном направлении в образце для гомогенизации образца. В результате, гарантировалось воспроизводимое уплотненное состояние.
Непрерывно измеряли усилие в осевом направлении (вертикальная нагрузка) и вращающую силу (вращающий момент), приложенные к лопасти, и их значения интегрировали. Полученное, в результате, количество работы (энергии) принимали в качестве величины сыпучести.
ПРИМЕР 1
<Получение осадка терефталевой кислоты высокой чистоты>
Использовали производственное оборудование с производительностью по терефталевой кислоте 36 тонн/час. П-ксилол и уксусную кислоту непрерывно подавали в реактор жидкофазного окисления. Одновременно в реактор подавали ацетат кобальта, ацетат марганца и бромистый водород в качестве катализатора для проведения реакции окисления при температуре 197°C и давлении 1,45 МПа. В качестве окисляющего газа для проведения реакции окисления использовали воздух. Затем полученную суспензию, выводимую из реактора жидкофазного окисления, непрерывно подавали в дополнительный низкотемпературный реактор окисления, и реакцию окисления дополнительно проводили при температуре 190°C и давлении 1,3 МПа. В качестве окисляющего газа для проведения этой реакции окисления использовали воздух.
Суспензию, полученную в дополнительном низкотемпературном реакторе окисления, непрерывно вводили в промежуточные емкости для обработки, образующие три ступени обработки. В них проводили кристаллизацию с осаждением кристаллов сырой терефталевой кислоты. Затем суспензию подвергали разделению в системе твердое вещество-жидкость при атмосферном давлении (около 1 атм) с получением влажного осадка. Полученный влажный осадок имел содержание жидкости 15,0% по массе.
Этот влажный осадок сушили при атмосферном давлении (около 1 атм) с помощью барабанной сушилки, использующей пар в качестве источника тепла (трубчатая сушилка с паровым обогревом). В трубчатой сушилке с паровым обогревом пропускают пар с давлением 0,6 МПа и осуществляют его циркуляцию через трубопровод, и с помощью пара нагревают влажный осадок. Жидкость, удерживаемая кристаллами сырой терефталевой кислоты, в результате, испаряется. Испаренная жидкость выводится из системы с помощью инертного газа, постоянно проходящего через сушилку. Температура на выходе из сушилки составляет 140°C. Полученные в сушилке кристаллы сырой терефталевой кислоты имеют содержание жидкости 0,10% по массе.
Затем, полученную выше сырую терефталевую кислоту и воду непрерывно подавали в реактор гидрирования и проводили реакцию восстановления при температуре 290°C и давлении 8,6 МПа. В качестве восстановительного газа для проведения реакции восстановления использовали водород.
Полученную в реакторе гидрирования суспензию непрерывно подавали в промежуточные емкости для обработки, образующие пять ступеней обработки. Проводили в них кристаллизацию для осаждения кристаллов терефталевой кислоты. Затем суспензию подвергали разделению в системе твердое вещество-жидкость при атмосферном давлении (около 1 атм) с получением влажного осадка. Полученный влажный осадок имел содержание жидкости 15,0% по массе.
Этот влажный осадок сушили при атмосферном давлении (около 1 атм) с помощью барабанной сушилки, использующей пар в качестве источника тепла (трубчатая сушилка с паровым обогревом). В трубчатой сушилке с паровым обогревом пропускают пар с давлением 0,6 МПа и осуществляют его циркуляцию через трубопровод и нагревают влажный осадок с помощью пара. Жидкость, удерживаемая кристаллами сырой терефталевой кислоты, в результате, испаряется. Испаренная жидкость выводится из системы с помощью инертного газа, постоянно проходящего через сушилку. Температура на выходе из сушилки составляет 140°C. Полученные в сушилке кристаллы сырой терефталевой кислоты имеют содержание жидкости 0,10% по массе.
К полученным на предыдущей стадии кристаллам терефталевой кислоты высокой чистоты добавляли заданное количество воды с получением, в результате, осадка терефталевой кислоты высокой чистоты с содержанием воды 14% по массе. Для этого осадка определяли величину сыпучести и, в результате, было найдено, что величина сыпучести осадка находилась в интервале 1500-1700 мДж.
<Сушка с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем>
2
Осадок терефталевой кислоты высокой чистоты с содержанием воды 14% по массе, полученный в приведенном выше примере получения терефталевой кислоты, сушили с помощью сушилки с псевдоожиженным слоем 51 (внутренний диаметр 300 мм; площадь псевдоожиженного слоя 0,24 м), показанной на Фиг.5.
Осадок терефталевой кислоты вводили через штуцер ввода осадка терефталевой кислоты 61 сушилки с псевдоожиженным слоем 51, и сушильный газ, нагретый с помощью нагревателя 52, вводили через штуцер подачи сушильного газа 63. Осадок постоянно контактировали с сушильным газом в режиме псевдоожижения с получением, в результате, сухого осадка. Кристаллы терефталевой кислоты, выводимые через штуцер вывода 62, анализировали на содержание воды с помощью анализатора Фишера. (Атмосфера в сушилке с псевдоожиженным слоем имела температуру по сухому термометру 32°С и температуру по мокрому термометру 25,5°С.) Осадок подавали в сушилку с псевдоожиженным слоем 51 при скорости 200 кг/час. В качестве сушильного газа использовали сухой азот с точкой росы -40°С или ниже. Этот сушильный газ подавали при 100°С так, чтобы получить приведенную скорость в сушилке с псевдоожиженным слоем 0,3 м/сек (при нормальных условиях). Пар с температурой 151°С пропускали через паропровод 67 для косвенного нагрева в сушилке 51.
Отходящий из сушилки с псевдоожиженным слоем газ, содержащий испаренную и удаленную воду из осадка терефталевой кислоты, выводят через штуцер вывода газа 64 сушилки с псевдоожиженным слоем 51. В ряде случаев этот отходящий газ содержит в качестве твердого вещества кристаллы терефталевой кислоты. Поэтому отходящий газ подвергали обработке с помощью циклона 53 для разделения его на твердое вещество и газообразный ингредиент. Твердое вещество возвращали в сушилку с псевдоожиженным слоем 51 через отверстие для извлечения твердого вещества 66. Отделенный газообразный ингредиент выводили через штуцер вывода 65 для вывода газа из циклона и выводили из системы с помощью воздуходувки 54. Коэффициент циркуляции циклона регулировали так, чтобы его значение находилось в интервале 0,3-0,5.
Сушилка непрерывно находилась в работе в течение 1 часа. В результате, не происходило прилипания кристаллов терефталевой кислоты, и режим псевдоожижения был удовлетворительным. Кристаллы терефталевой кислоты, собранные на штуцере вывода 62, имели температуру в интервале 80-100°C и содержание воды (содержание воды на выходе) 0,11% по массе.
[Сравнительный пример 1]
В примере получения терефталевой кислоты примера 1 изменяли количество воды, которое добавляется к полученным кристаллам терефталевой кислоты высокой чистоты, с получением осадка терефталевой кислоты высокой чистоты с содержанием воды 15% по массе.
Полученный осадок терефталевой кислоты высокой чистоты, который имел содержание воды 15% по массе, сушили. Использовали такие же условия, как и в примере 1, за исключением того, что осадок вводили в сушилку с псевдоожиженным слоем 51 при скорости 240 кг/час с целью регулирования количества кристаллов терефталевой кислоты, выводимого через штуцер вывода 62, до почти такого же значения, что и в примере 1.
Была осуществлена непрерывная работа в течение примерно 1 часа. В результате, кристаллы терефталевой кислоты начинали прилипать сразу же после начала сушки. Это позволяло работать только в течение 15 минут, после чего прекращали подачу осадка терефталевой кислоты, и подвергали сушилку динамическим ударам для удаления кристаллов терефталевой кислоты, прилипших к внутренней стенке сушилки. Кристаллы терефталевой кислоты, собранные на штуцере вывода 62, имели температуру в интервале 80-100°С. Определяли в них содержание воды, и было найдено, что оно составляет 0,14% по массе.
[Сравнительный пример 2]
В примере получения терефталевой кислоты примера 1 изменяли количество воды, которое добавляется к полученным кристаллам терефталевой кислоты высокой чистоты, с получением осадка терефталевой кислоты высокой чистоты с содержанием воды 20% по массе. Определяли величину сыпучести этого осадка, и было найдено, что она составляет около 3000 мДж.
Была предпринята сушка полученного осадка терефталевой кислоты высокой чистоты с содержанием воды 20% по массе при таких же самых условиях, что и в примере 1. Сразу же после начала введения осадка внутри сушилки с псевдоожиженным слоем режим псевдоожижения осадка вообще не устанавливался, и сушка становилась невозможной. Поэтому эксперимент останавливали примерно через 15 минут после начала.
Таблица 1
Содержание воды во вводимом осадке (мас.%)
Температура сушильного газа на входе (°C)
Приведенная скорость сушильного газа (м/сек)
Содержание воды на выходе (мас.%)
Результаты
20
100
0,3
-
Плохие (не достигается псевдоожижения)
15
100
0,3
0,14
Плохие (происходит прилипание)
14
100
0,3
0,11
Хорошие (прилипания не происходит)
ПРИМЕР 2
Сырую терефталевую кислоту получали так же, как в примере получения примера 1. Полученную сырую терефталевую кислоту и воду непрерывно подавали в реактор гидрирования и проводили реакцию восстановления при температуре 290°C и давлении 8,6 МПа для превращения 4-карбоксибензальдегида, содержавшегося в сырой терефталевой кислоте, в п-толуиловую кислоту. В качестве восстановительного газа для проведения реакции восстановления использовали водород.
Полученную в реакторе гидрирования суспензию подвергали разделению в системе твердое вещество-жидкость при повышенном давлении 0,4-0,8 МПа с разделением суспензии на осадок терефталевой кислоты (содержание воды 15% по массе) и маточный раствор. Затем, полученный осадок терефталевой кислоты вводили при сохранении условий повышенного давления в сепаратор мгновенного испарения, где осадок помещали в среду с атмосферным давлением (около 0,1 МПа) для проведения мгновенной сушки. В результате, получали осадок терефталевой кислоты с содержанием воды 10% по массе. Определяли величину сыпучести этого осадка, и было найдено, что она находится в интервале 1500-1700 мДж.
Полученный осадок непрерывно подавали в сушилку с псевдоожиженным слоем 51, показанную на Фиг.5, и подвергали сушке. Осадок подавали при скорости 200 кг/час, и время пребывания осадка регулировали так, чтобы оно составляло 45-60 минут. Температуру осадка на штуцере ввода регулировали так, чтобы она составляла 110-120°С. Сухой газообразный азот, имеющий температуру 100°С, использовали в качестве сушильного газа и подавали его так, чтобы, в результате, его линейная скорость, измеренная на штуцере вывода газа, составляла 3,75-7,5 м/сек, а приведенная скорость в сушилке с псевдоожиженным слоем составляла 0,3-0,6 м/сек (при нормальных условиях). Коэффициент циркуляции циклона регулировали так, чтобы он составлял 0,3-0,5. Температура газа на выходе составляла 90-110°С, и содержание жидкости в отходящем газе составляло 14-18% по массе.
Сушилка непрерывно работала в течение примерно 1 часа. В результате, не происходило прилипания кристаллов терефталевой кислоты, и состояние режима псевдоожижения было удовлетворительным. Кристаллы терефталевой кислоты, собранные на выходе 62, имели температуру в интервале 80-90°С. Определяли содержание воды в них, и было найдено, что содержание воды составляет 0,1% по массе.
ПРИМЕР 3
В примере 2 снижали скорость подачи осадка в сепаратор мгновенного испарения с получением, в результате, осадка терефталевой кислоты с содержанием воды 5% по массе. Определяли величину сыпучести этого осадка, и было найдено, что она находится в интервале 1500-1700 мДж.
Полученный осадок сушили таким же образом, как и в примере 2. Сушилка непрерывно работала в течение примерно 1 часа. В результате, не происходило прилипания кристаллов терефталевой кислоты, и состояние режима псевдоожижения было удовлетворительным. Кристаллы терефталевой кислоты, собранные на штуцере вывода 62, имели температуру в интервале 80-90°С. Определяли содержание воды в них, и было найдено, что оно составляет 0,1% по массе.
Несмотря на то, что изобретение было подробно описано со ссылками на конкретные варианты его осуществления, для специалиста в этой области очевидно, что в нем могут быть сделаны различные изменения и модификации без отклонения от сущности и объема изобретения.
Эта заявка основывается на заявке на патент Японии, выданной 13 июня 2006 г.(Application No 2006-163694), содержание которой приводится здесь в качестве ссылки на нее.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Согласно изобретению могут быть предложены способы сушки ароматической карбоновой кислоты и способы получения сухой ароматической карбоновой кислоты, в которых решаются проблемы, связанные с применением сушилки с псевдоожиженным слоем, такие как прилипание кристаллов ароматической карбоновой кислоты в сушилке, и возникающие, в результате, нарушения, включающие забивку штуцера подачи сушильного газа, снижение эффективности сушки и остановку аппарата, в результате чего достигается стабильная работа сушилки с псевдоожиженным слоем. Кроме того, сушилка с псевдоожиженным слоем может быть использована на практике в качестве замены для трубчатой сушилки с паровым обогревом. Следовательно, может быть достигнуто уменьшение размеров аппарата и снижение стоимости оборудования и расходов на его обслуживание. Следовательно, изобретение имеет большое значение для промышленности.