177337. lajstromszámú szabadalom • Eljárás tereftálsav előállítására
5 177337 6 hézfémsó katalizátor alkalmazható, amely p-xilolnak tereftálsawá történő oxidációjánál ismert, azzal a megszorítással, hogy a reakcióközegben oldható legyen, vagy a reakcióelegy egyik komponensével reagálva oldhatóvá váljon. Számos alifás karbonsav sója felhasználható, ilyenek az acetátok, propionátok, sztearátok, naftanátok. Ha ilyen sókat adunk nagy mennyiségben p-toluilsavat tartalmazó rendszerbe, akkor könnyen anioncsere történik és a megfelelő toluilsavas só képződik, amely hatékony katalizátor. Különösen hatásos katalizátorok a találmány szerinti eljárásban a kobalt- és a mangán sói külön-külön vagy egymással elkeverve. Ebben az esetben is a különböző eljárási jellemzők szoros összefüggésben állnak egymással és optimális aktivitás elérése céljából a katalizátort az egyéb reakciófeltételeket figyelembe véve kell megválasztani. így például a kobaltsó különösen jól fejti ki hatását nagy mennyiségű reagálatlan p-xilolt és viszonylag kis mennyiségű vizet tartalmazó rendszerekben. Ezzel ellentétben a mangánsók főként olyan rendszerekben váltak be, ahol nagyobb mennyiségben van viz jelen. A legtöbb esetben azonban a legjobb katalitikus hatást mangán és kobalt sóinak kombinációival érjük el. A felhasználandó katalizátor mennyisége tág határok között változhat, általában azonban a katalizátor összkoncentrációja 0,001 és 0,1 mól között van, vízmentes anyagra számítva, vagyis a rendszerben jelenlevő mól/liter mennyiségű szerves anyagra. Ha a p-xilolt. vizet és a katalizátort egymással összekeverjük és molekuláris oxigén jelenlétében a megadott hőmérsékleti értékekre felmelegítjük, akkor az oxidáció csak akkor megy végbe, ha kellő mennyiségű p-toluilsav van a rendszerben. Ez azért meglepő, mivel a p-toluilsav sokkal nehezebben oxidálható molekuláris oxigénnel mint a p-xilol. A megfigyelés szerint ugyanis, ha a p-toluilsav túl alacsony mennyiségben van jelen, akkor az oxidáció jó hatásfokkal végbemegy bizonyos ideig, hirtelen azonban elhanyagolható szintre csökken. Ez a jelenség annál inkább figyelemre méltó, mivel a rendszerben ilyenkor több víz és kevesebb mangánkatalizátor van jelen. A találmány szerinti eljárásnak tehát fontos jellemvonása, hogy a p-toluilsavnak minden időpontban a reakcióelegyben megfelelő mennyiségben kell jelen lenni. Ez a mennyiség célszerűen úgy szabható meg, hogy a p-toluilsav mólaránya p-xilolra számítva legalább 0,01 legyen. A találmány szerinti eljárás kivitelezése során p-xilolt és p-toluilsavat adott esetben más oxidációs köztitermékekkel elkeverve víz és nehézfém katalizátor jelenlétében melegítünk, miközben a reakcióelegyen oxigéntartalmú gázt vezetünk keresztül. Élénk keverést biztosítunk, hogy a különböző reakciókomponensek között bensőséges elkeveredés történjen. Az oxidáció jó hatásfokkal azonnal végbemegy, amely megállapítható az oxigénabszorpció mértéke és a hőmérséklet hirtelen emelkedése alapján. A találmány szerinti eljárás fontos előnye, hogy a hőmérséklet szabályozása könnyen megvalósítható, mivel jelentős mennyiségű víz van a reakcióelegyben, így az erősen exoterm oxidáció folytán képződött hőmennyiség könnyen eltávolítható a víz bizonyos mértékű elpárologtatása útján. A reakció előrehaladásával, vagyis ha már nagyobb mennyiségű p-xilol átalakult, akkor az oxigénabszorpció mértéke csökken és elméleti lehetősége is megszűnik feltéve, ha további p-xilolt nem adagolunk a rendszerbe. A találmány szerinti eljárás másik fontos jellemvonása tehát az, hogy megfelelő oxidációs sebesség és jó tereftálsav hozam biztosítása érdekéhen a p-xilolnak olyan mennyiségben kell a rendszerben jelen lenni, hogy a p-toluilsav molaránya a p-xilolhoz képest 100 fölé ne emelkedjen. Az eljárás kivitelezése során tehát a friss p-xilolt olyan ütemben adagoljuk a reakcióelegyhez, hogy ez a feltétel érvényesüljön. A beadagolás folyamatosan vagy szakaszosan történhet. így például a reakciót szigorúan szakaszosan végezhetjük, míg az oxigénabszorpció láthatóan megszűnik. Ekkor a tereftálsavat egyszerű szűréssel a reakcióhőmérsékleten vagy legalább olyan hőmérsékleten elválasztjuk, amelynél a p-toluilsav oldatban tartható. A találmány szerinti eljárás fontos gyakorlati előnye, hogy a reakció során képződött tereftálsav a vizes közegben szuszpendált viszonylag nagy méretű kristályok alakjában van a rendszerben jelen, míg a p-toluilsav köztitermék túlnyomó része oldatban van. Ily módon tehát a céltermék szűréssel, centrifugálással vagy tetszés szerinti hőmérsékleten bármely folyékony-szilárd fázis elválasztó berendezéssel elkülöníthető feltéve azt, hogy a p-toluilsav fő tömege oldatban marad. E műveletben nyert szűrlet a katalizátor és az oxidációs köztitermék főtömegét tartalmazza, ez tehát önmagában ismét felhasználható friss p-xilollal együtt további oxidációhoz. A találmány szerinti eljárás másik foganatosítási módja szerint az eljárást folyamatosan végezzük a csatolt folyamatábra szerint. A reakciót itt az 1 oxidációs reaktorban végezzük. A reakció közben képződött hőmennyiséget a víz elpárologtatósával a reakciórendszerből távolítjuk el. Ugyanakkor a vízzel együtt azeotrop eíegy alakjában p-xilol is távozik és ezt a 2 dekantálóban a gőzök kondenzálása után elkülönítjük. Az 1 oxidációs reaktorban képződött oxidációs terméket a 3 sztrippelőbe vezetjük, ahonnan a reagálatlan p-xilolt vízzel való sztrippeléssel különítjük el. A 3 sztrippelőből a maradékot — amelyben csapadék alakjában jelenlévő tereftálsavat — 4 szeparátorban elválasztjuk, az 5 mosóberendezésben forró vízzel mossuk. A víz egy részét a 2 dekantálóból vesszük. A szűrletet és a mosófolyadékot közvetlenül az 1 oxidációs reaktorba viszszavezetjük. Különösen előnyös kiviteli módot jelent, hogy a tereftálsav mosófolyadékaként használt víz legalább részben felmelegíthető és elpárologtatható azzal a hőmennyiséggel, amely az oxidáció közben képződik, anélkül, hogy külső hőforrásra szükség lenne. A leírtakon kívül még számos eljárásváltozat lehetséges anélkül, hogy a találmány lényegét érintené. Néhány foganatosítást módot a következő példákban szemléltetünk: 1. példa 1 literes mechanikai keverőberendezéssel, fütőköpenynyel, hűtővel, gázbevezető csővel és lefúvató szeleppel felszerelt korrózióálló szerkezeti anyagból készült autók Iá vba a következő anyagokat adagoljuk : p-xilol: 100 g p-toluilsav: 180 g víz: 50 g kobalnaftanát : 7,5 mmól (1 liter szerves anyagra számítva körülbelül 0,025 mól) A p-toluilsav mólaránya a p-xilolhoz 1,4, a víz mólaránya a p-toluilsavhoz 2,1. A reaktort levegővel 20 atmoszféra nyomás alá helyezzük, az elegyet keverővei keverjük és 300 Iiter/óra áramlási sebességgel (20 C-on és atmoszferikus nyomáson mérve) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
