способ отделения жидкой фазы от твердого материала и система для осуществления этого способа

Формула изобретения

1. Способ отделения маточной жидкости, содержащей карбоновую кислоту, от твердого материала в форме кристаллов терефталевой кислоты, которые растворяют в указанной маточной жидкости, включающий формирование твердого материала в слой на движущейся фильтрующей среде, транспортировку слоя при помощи фильтрующей среды через зону промывки, при прохождении которой слой соприкасается с промывной средой, причем промывная среда служит для вытеснения жидкой фазы из слоя и прохождения вместе с ней через фильтрующую среду, обеспечение над слоем газовой среды, из которой газ проходит через слой, подачу газа в газовую среду для получения в газовой среде такого градиента концентрации, при котором содержание жидкой фазы в газе, проходящем через слой, возрастает в направлении, противоположном направлению движения слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что градиент концентрации получают, направляя поток газа в направлении, противоположном направлению движения слоя твердого материала, посредством чего пары жидкости из слоя твердого материала в зоне и на входе зоны по существу исключают из потока, выходящего из зоны.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при последующем прохождении через слой осуществляют выделение газа и обработку его для исключения или по меньшей мере уменьшения его загрязнения жидкой фазой, и повторный ввод обработанного газа в газовую среду в месте, расположенном таким образом, что газ, проходящий через слой на выходе или внутри секции выхода из зоны промывки, менее загрязнен жидкой фазой, чем газ, проходящий через слой в месте входа или внутри секции входа в зону промывки.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что выделенный газ делят на два потока, которые обрабатывают с различной степенью так, что один поток имеет меньший уровень загрязнения, чем другой, и в котором два потока повторно вводят в газовую среду в различных местах, причем один поток повторно вводят в месте, расположенном выше места, в которое повторно вводят другой поток.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что выделенный газ охлаждают перед делением на два потока таким образом, что загрязнения, находящиеся в газообразном состоянии, по существу конденсируют и отделяют от газа.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что после охлаждения газ делят на два потока, причем другой поток повторно вводят в газовую среду без дальнейшей обработки для удаления загрязнений.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что один поток дополнительно обрабатывают для снижения уровня загрязнения в нем.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что фильтрующую среду направляют непрерывно через зону промывки.

9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что в зону промывки включают ряд стадий промывки, расположенных последовательно вдоль пути движения фильтрующей среды через зону промывки.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что промывную среду пропускают через стадии промывки в направлении противотока относительно направления движения фильтрующей среды.

11. Способ по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что в фильтрующую среду включают бесконечную фильтрующую ленту с горизонтально расположенным верхним путем пробега, на которой образуется слой твердого материала.

12. Способ по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что фильтрующую среду изготавливают в виде цилиндрической петли, содержащей серию отдельных секций, при этом для сушки отфильтрованной и промытой терефталевой кислоты применяют газ.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что фильтрующую среду изготавливают в виде цилиндрической петли, содержащей серию отдельных секций.

14. Способ по любому из пп.1 - 13, отличающийся тем, что в твердый материал включают кристаллы терефталевой кислоты, полученные жидкофазным окислением параксилола в среде низшей карбоновой кислоты.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что после промывающей обработки регенерированную терефталевую кислоту используют без дальнейшей химической очистки в процессе получения сложного полиэфира.

16. Способ по любому из пп.1 - 15, отличающийся тем, что градиент концентрации изменяют ступенчато в продольном направлении движения фильтрующей среды.

17. Способ по любому из пп.1 - 15, отличающийся тем, что градиент концентрации изменяют по существу непрерывно в продольном направлении движения фильтрующей среды.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что терефталевую кислоту первоначально подают в форме суспензии на подвижную фильтрующую среду через первую и вторую зоны, во время прохождения через первую зону суспензию фильтруют для удаления растворителя и получают первично высушенный мокрый осадок, который затем проходит последовательные стадии промывки при прохождении второй зоны, образующей промывочную зону, и фильтрации через фильтрующую среду для отделения от терефталевой кислоты промывочной среды, используемой для промывки и выделения любого растворителя алифатической карбоновой кислоты, последовательные стадии промывки (за исключением конечной стадии промывки) проводят при использовании промывочной среды, полученной с последующих стадий, противотоком так, что осадок соприкасается с промывной жидкостью повышенной частоты, которая возрастает при прохождении через вторую зону, создают давление в первой и второй зонах посредством газа, который проходит через фильтрующую среду вместе с карбоновым растворителем и промывной жидкостью, подают сжимающий газ таким образом, что на поверхности фильтрующей среды, куда поступает суспензия, газ, присутствующий в по меньшей мере конечной стадии второй зоны, менее загрязнен алифатическим карбоновым растворителем, чем газ, присутствующий в первой зоне.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что при последующем прохождении через фильтрующую среду газ выделяют, обрабатывают для отделения газа от паров растворителя, поступающего в газовый поток, и повторно вводят в газовую среду в различных местах вдоль пути продвижения фильтрующей среды, причем газ, поданный в месте или местах ниже по ходу фильтра, подвергают более тщательному разделению.

20. Система для обработки суспензии, включающей кристаллы терефталевой кислоты в жидкости, содержащей карбоновую кислоту, имеющая средство для фильтрования твердого материала с образованием слоя твердого материала на движущейся фильтрующей среде, зону промывки, средство для управления фильтрующей средой для транспортировки слоя через зону промывки, средство для подачи промывочной среды на слой в процессе прохождения промывной зоны, причем промывочная среда служит для вытеснения жидкой фазы из слоя и прохождения через фильтрующую среду, и средство для обеспечения в зоне промывки и/или зоне ниже ее газовой среды, из которой газ проходит через слой и фильтрующую среду, причем среду - средство для обеспечения располагают с получением такого градиента концентрации загрязнения, что загрязнение газа, проходящего через слой и фильтрующую среду, уменьшается в направлении движения фильтрующей среды.

21. Система по п.20, отличающаяся тем, что включает средство для выделения газа после прохождения газа через слой и обработку его для исключения или по меньшей мере для уменьшения загрязнения его жидкой фазой и средство для повторного ввода обработанного газа в газовую среду в одном или более местах для получения градиента концентрации.

22. Система по п.21, отличающаяся тем, что средство для обработки регенерированного газа образует по меньшей мере два газовых потока, по меньшей мере один из которых более высоко очищен, чем другой(ие), и вводится в среду в месте ниже по ходу фильтра относительно другого(их) газового(ых) потока(ов).

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к способу отделения жидкой фазы от твердого материала, при котором через твердый материал, из которого вытесняют жидкость, пропускают газовую среду.

Газовая среда может быть необходима, например, для того, чтобы исключить из системы, в которой протекает фильтрование, по меньшей мере часть кислорода, обычно в этом случае газовая среда может содержать азот или другой инертный газ. Термином "газ" обозначена среда, которая при комнатной температуре и давлении не является газообразной, но которая в условиях проведения процесса фильтрования находится в газообразном состоянии, например пар.

Изобретение находит конкретное применение, например, в процессе получения терефталевой кислоты на стадиях, включающих отделение кристаллов терефталевой кислоты от жидкости, в которой эти кристаллы суспендированы.

В процессе получения терефталевой кислоты потоки суспензии, содержащие кристаллы терефталевой кислоты, могут проходить через одну и более стадий процесса, и природа жидкости, в которой кристаллы суспендированы, может изменяться. Например, в том случае, когда техническую терефталевую кислоту первоначально получают жидкофазным окислением параксилола в присутствии карбоновой кислоты, такой как уксусная кислота, и подходящей каталитической системы (обычно соединений кобальта, магния и бром), техническую терефталевую кислоту выводят из реактора в виде суспензии кристаллов терефталевой кислоты в жидкости, состоящей из уксусной кислоты и воды, с растворенными в ней загрязняющими примесями, включая продукты, предшествующие получению терефталевой кислоты, такие как 4-карбоксибензальдегид (4-КБА) и паратолуоловая кислота. Если техническую терефталевую кислоту далее подвергают очистке методом гидрирования (возможно посредством стадии дополнительного окисления технической терефталевой кислоты в водном растворе для превращения 4-КБА в терефталевую кислоту), то получают суспензию очищенной терефталевой кислоты в водной среде, которая может содержать растворенные примеси, такие как паратолуоловая кислота. В обоих случаях техническую и очищенную терефталевую кислоту необходимо отделить от соответствующей жидкости высокоэффективным способом.

С учетом этого последнего обстоятельства подходящий способ получают при соединении стадий фильтрования и промывки так, как описано в ранее опубликованной заявке EP-A-502628 и одновременно проходящей рассмотрение Международной заявке N PCT/GB 93/01019, которые введены в список ссылок. В системах, описанных в этих ранее опубликованных заявках, вытеснение жидкости из осадка на фильтре, состоящего из терефталевой кислоты (технической или после очистки), осуществляют посредством транспортировки осадка на ленточном фильтре через зону промывки, в которой водная промывная жидкость подается на осадок на фильтре на ряде стадий в различных точках по пути движения ленты фильтра. Промывная жидкость вытесняет жидкую фазу из осадка, и жидкая фаза вместе с промывной жидкостью проходит фильтрующую среду, образующую ленточный фильтр.

На практике над осадком на фильтре необходимо обеспечить наличие атмосферы инертного газа, например, для удаления или для контроля содержания кислорода и/или для сушки осадка. Этот инертный газ может проходить через фильтрующую среду в зоне промывки и/или в зоне или зонах выхода из зоны промывки. Дополнительно газ должен вводиться для поддержания газовой среды. В качестве инертного газа может быть взят, например, азот, хотя в случае использования системы "фильтрование/промывка" на стадии очистки инертный газ может преимущественно содержать пар в силу причин, которые указаны в нашей одновременной рассматривающейся Международной заявке N PCT/GB 93/01033 (включена в список ссылок).

Задача данного изобретения состоит в разработке улучшенной формы и системы фильтрования и промывки.

Согласно одному аспекту, данное изобретение предлагает способ вытеснения жидкости из твердого материала, включающий:

формирование твердого материала в слой на движущейся фильтрующей среде,

транспортировку слоя при помощи фильтрующей среды через зону промывки, в которой по мере движения слой соприкасается с промывной средой, причем промывная среда служит для вытеснения жидкости из слоя и для прохождения через фильтрующую среду,

обеспечение над слоем газовой среды, из которой газ проходит через слой,

подачу газа в газовую среду таким образом, чтобы обеспечить градиент концентрации внутри газовой среды так, что содержание жидкости в газе, проходящем через слой, возрастает в направлении, противоположном направлению движения слоя.

Градиент концентрации может быть по существу непрерывным по направлению движения слоя или изменяться ступенчато.

Градиент концентрации может быть получен при помощи воздействия потока газа в направлении, противоположном направлению движения слоя твердого материала, посредством чего предотвращается выход из зоны жидкости, испаряющейся из слоя твердого материала в зоне и на входе в зону.

Другим способом градиент концентрации может быть получен посредством деления области, в которую вводится газообразная среда, на ряд зон вдоль направления движения слоя таким образом, что содержание в газе загрязняющей жидкости изменяется от одной зоны к другой. Таким образом, например, газ, подлежащий введению в зону, соседнюю с начальным концом пути слоя, может подвергаться более интенсивной очистке, чем газ, подлежащий введению в одну или более зон, находящихся на выходе. Деление области, где находится газообразная среда, на по существу изолированные зоны может осуществляться посредством подходящих разделяющих устройств, таких как колпачковые устройства, многократно наложенных в соответствующей секции траектории движения слоя, в которые подается газ с содержанием загрязнения по существу меньшим, чем в слое.

Газ, поданный в газовую среду, предпочтительно, по меньшей мере, частично (обычно, по меньшей мере, большая часть) представляет собой газ, рециркулированный из фильтрата фильтрующего материала после обработки для снижения содержания загрязняющей жидкости. Рециркулированный газ может при необходимости подпитываться чистым газом. Однако мы не исключаем возможности подачи в газообразную среду свежего газа вместо рециркулированного газа. В этом случае при выделении газа со стороны фильтра фильтрующего материала он может использоваться в другом месте процесса, особенно когда используемый газ является паром.

Согласно второму аспекту, данное изобретение предлагает способ вытеснения жидкости из твердого материала, включающий:

формирование твердого материала в слой на движущейся фильтрующей среде,

транспортирование слоя при помощи фильтрующей среды через зону промывки, по пути следования через которую слой соприкасается с промывной средой при сохранении в области над слоем газовой среды, причем промывная среда служит для вытеснения жидкости из слоя и для прохождения вместе с жидкостью и газом из газообразной среды через фильтрующую среду,

регенерацию газа и обработку его для исключения или, по меньшей мере, для снижения содержания в нем загрязняющей жидкости,

повторный ввод обработанного газа в газовую среду в такое место, что газ, проходя через слой в месте выхода или внутри секции выхода из зоны промывки, менее загрязнен жидкостью, чем при прохождении его через слой в месте расположения входа или внутри секции входа в зону промывки.

Удобная зона промывки содержит несколько стадий промывки, расположенных последовательно вдоль пути следования фильтрующей среды, и промывная среда может пропускаться через стадии промывки противотоком относительно направления движения фильтрующей среды.

В одном воплощении изобретения регенерированный газ делят на два потока, которые подвергают обработке различной степени так, что один поток имеет более низкий уровень загрязнения, чем другой, и полученные потоки повторно вводят в газообразную среду в различных местах, причем первый поток повторно вводится в месте, расположенном ниже по ходу осадка относительно места ввода другого потока. Регенерированный газ может перед разделением на два потока охлаждаться так, что примеси, находящиеся в паровой фазе, конденсируются и таким образом отделяются от газа.

Согласно еще одному аспекту данное изобретение предлагает систему для обработки суспензии, содержащей твердый материал и жидкость, система включает:

устройства для фильтрования твердого материала с образованием слоя твердого материала на движущейся фильтрующей среде,

зону промывки,

устройства для управления фильтрующей средой таким образом, чтобы транспортировать слой через зону промывки,

устройства для подачи промывной среды на слой в процессе движения через зону промывки, причем промывная среда служит для вытеснения жидкости из слоя и прохождения через фильтрующую среду, и

устройства для обеспечения в зоне промывки и/или в зоне выхода слоя газовой среды, из которой газ проходит через слой и фильтрующую среду, причем устройства, обеспечивающие наличие газовой среды, располагаются таким образом, чтобы обеспечить градиент концентрации, так что значение концентрации загрязняющей жидкости, с которой газ проходит слой и фильтрующую среду, уменьшается в направлении движения фильтрующей среды.

Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предлагается система для технологической обработки суспензии, содержащей твердый материал и жидкость, причем система включает

устройства для фильтрования твердого материала для образования слоя твердого материала на движущейся фильтрующей среде,

зону промывки,

устройства для управления фильтрующей средой для транспортирования слоя через зону промывки,

устройства для подачи сжатого газа в зону промывки для поддержания наличия среды сжатого газа на той стороне фильтрующей среды, где образован слой,

устройства для подачи промывной среды на слой по мере продвижения его в зоне промывки, причем промывная жидкость служит для вытеснения жидкости из слоя и прохождения вместе с жидкостью и газом из газовой среды через фильтрующую среду,

устройства для подачи сжатого газа, расположенные так, чтобы обеспечить газовый поток в направлении, противоположном направлению движения твердого материала, посредством чего пары жидкости из слоя твердого материала в зоне или на входе в зону по существу исключаются из потока на выходе из зоны.

В процессе получения терефталевой кислоты фильтрование и промывка могут применяться для отделения кристаллов терефталевой кислоты от маточной жидкости, содержащей растворитель, примененный в реакции окисления для получения терефталевой кислоты или в реакции гидрирования, для очистки технической терефталевой кислоты. В первом случае растворителем является, как правило, алифатическая карбоновая кислота, такая как уксусная кислота, в последнем случае растворителем обычно является вода. В обоих случаях сжатый газ может содержать азот, однако в последнем случае сжатый газ является преимущественно паром, так как процесс фильтрования проводят таким образом, что уменьшают или по существу ограничивают охлаждение твердого осадка на фильтре, как описано в одновременно проходящей рассмотрения Международной заявке N PCT/GB 93/01019.

Подходящей фильтрующей средой является металлическая сетка или ткань, содержащая пластический материал такой, как сложный полиэфир, полипропилен, полиэфирэфиркетон и т. п. , в которых основа может быть сплетена из нитей полимерного волокна с использованием плетения, подходящего для специфического фильтрационного применения. Фильтрующая среда, сплетенная из полиэфирэфиркетона, особенно приемлема для получения и очистки терефталевой кислоты, особенно в процессе фильтрования технической терефталевой кислоты для отделения ее от уксусной кислоты, содержащей маточную жидкость. Фильтрующая среда может изготавливаться в форме петли, которая может быть непрерывной (как в ленточном фильтре Панневиса), или может содержать несколько отдельных секций (как в ротационном вакуумном фильтре или в барабанном ротационном фильтре, работающем под давлением). В каждом случае фильтрующая среда может двигаться непрерывно или с остановками для перемещения твердого материала через зону промывки. Такие ротационные вакуум-фильтры и барабанные фильтры, работающие под давлением, описаны в литературе (см. например, "Industrial Filtration of Liquids, D.B. Purchas, 1967, edition, Chemical & Process Engineering Series Published by Leonard Hill, стр. 252 - 254).

В том случае, когда система фильтрования включает барабанный фильтр, работающий под давлением, он обычно будет такого типа, в котором жидкость подается в корпус барабана под давлением, в котором промытый осадок на фильтре по существу сушится посредством прохождения газа через осадок на фильтре в процессе непрерывного вращения фильтра для продвижения осадка из зоны промывки к точке выгрузки. При таком устройстве газовая среда для сушки осадка на фильтре подается так же, как описано здесь, чтобы обеспечить над осадком на фильтре наличие газовой среды с таким концентрационным градиентом, чтобы газ, проходя через осадок на фильтре в местах, прилежащих к точке разгрузки осадка из фильтра, был менее загрязнен, чем газ, проходящий через осадок на фильтре в местах начала движения в направлении к зоне(нам) промывки барабана. Изменение степени загрязнения газа может быть постепенным или может быть дискретным (например, делением области газовой сушки на зоны и введением газа с различным содержанием загрязнения в эти зоны, как описано ранее).

Удобная зона промывки включает непрерывный ряд стадий, в которых на каждой стадии (кроме последней) поступающая промывная среда проходит через твердый материал и фильтрующую среду противотоком относительно направления движения слоя твердого материала. Промывной жидкостью, поступающей на последнюю стадию, предпочтительно является свежая вода.

На участке входа в зону промывки твердый материал может сначала подвергаться фильтрованию для отделения основной части жидкости от твердого материала, при этом остающаяся во влажном материале жидкость удаляется большей частью в зоне промывки.

В третьей зоне, расположенной ниже зоны промывки, слой твердого материала может выталкиваться, соскребаться или удаляться иным способом с фильтрующей среды. В том случае, когда твердый материал имеет тенденцию адгезироваться, по меньшей мере, на части фильтрующего материала, предпочтительным способом является смыв слоя твердого материала водной средой, предпочтительно по существу чистой водой, которая может подаваться в виде струй жидкости на выходе в конце пути движения фильтрующего материала.

В том случае, когда фильтр представляет собой непрерывную ленту, необходимы подходящие устройства для прохождения жидкости, например воды или щелочного раствора, через возвращающуюся часть ленты для смыва в приемник находящегося на нижней поверхности налипшего остатка.

Необходим также дифференциал давления между пространствами, разделенными движущейся фильтрующей средой, причем со стороны фильтрующего материала, на которой образуется осадок суспензии, давление выше, чем с другой стороны фильтрующего материала. Подходящей разницей давления является, по меньшей мере, 0,05 бар, а в процессе получения терефталевой кислоты, не более чем давлением, при котором протекает процесс окисления, или давление на стадии очистки, например 30 бар, в случае применения реакции окисления.

Предпочтительно разница давления составляет от 0,1 до 15 бар, более предпочтительно от 0,2 до 7 бар и особенно предпочтительно от 0,3 до 3 бар, например 0,6 бар.

Удобно в области более высокого давления относительно ленты фильтра применять по существу такое же или более высокое давление, чем давление на предыдущей стадии процесса, например на стадии кристаллизации или на стадии окисления.

В случае получения терефталевой кислоты жидкофазным окислением параксилола суспензию терефталевой кислоты в уксусной кислоте удобно осаждают на движущейся фильтрующей среде при температуре, равной, по меньшей мере, 60^oC и предпочтительно составляющей от 70 до 200^oC, особенно предпочтительно значение температуры от 80 до 150^oC. Суспензию осаждают таким образом, что давление осаждения питательной массы меньше, чем абсолютное давление на нижней стороне (выходе) фильтрующей среды.

Осаждение суспензии при повышенной температуре является преимущественным, так как дает возможность улучшить фильтрование благодаря тому, что реакционная среда становится менее вязкой при повышенной температуре. Следовательно, при повышенной температуре имеет место меньшая сокристаллизация примесей, например 4-карбоксибензальдегида, с терефталевой кислотой.

Другие отдельные стадии процесса получения терефталевой кислоты могут быть также осуществлены. Жидкая реакционная среда обычно содержит катализатор, например систему кобальт/магний/бром, которая растворима в реакционной среде. Предпочтительно проводить окисление в присутствии источника кислорода, например воздуха, при абсолютном давлении от 5 до 30 бар и предпочтительно при концентрации кислорода от 0 до 8 об.% в газе, выходящем из реактора, и температуре от 150 до 250^oC. Подходящим представляется непрерывный процесс, который предпочтительно выполняют в реакторе при перемешивании. Реакция является экзотермической, и теплоту реакции можно удобно снимать испарением воды и уксусной кислоты из реакционной среды.

Техническую терефталевую кислоту, полученную жидкофазным окислением пароксилола с последующим фильтрованием и промывкой, согласно данному изобретению удобно очищают способом, который включает следующие стадии:

растворение технической терефталевой кислоты в водной среде для получения раствора, содержащего терефталевую кислоту,

соприкосновение в условиях пониженного давления раствора с водородом и катализатором гидрирования для уменьшений содержания по меньшей мере некоторых примесей,

охлаждение раствора для осаждения твердого продукта очищенной терефталевой кислоты, и

выделение продукта из раствора.

При необходимости для снижения уровня содержания примесей в технической терефталевой кислоте, особенно 4-КБА, техническую терефталевую кислоту можно растворить в водной среде и подвергнуть окислительной обработке с использованием газообразного кислорода или других окисляющих агентов (не обязательно в газовой фазе) для превращения, по меньшей мере, части содержащегося в виде примеси 4-КБА в терефталевую кислоту.

Подходящим гетерогенным катализатором, примененным в процессе очистки технического продукта терефталевой кислоты, может быть катализатор, представляющий собой благородный металл, нанесенный на носитель, например платина, и/или предпочтительно палладий на инертном носителе, например на углероде. Восстановление проводят, пропуская водный раствор, содержащий терефталевую кислоту и примеси, например 4-карбоксибензальдегид, через оводненный слой катализатора при температуре 250 - 350^oC в присутствии водорода. Подходящим условием для процесса является также содержание в растворе терефталевой кислоты от 20 до 50%.

После восстановления раствор охлаждают до температуры в пределах от 100 до 250^oC для выделения из раствора в виде продукта чистой терефталевой кислоты. Этот раствор предпочтительно далее охлаждают до температуры от 15 до 100^oC или упаривают для получения менее чистого остатка и маточной жидкости. Менее чистый остаток отделяют от маточной жидкости. Маточная жидкость из этого процесса разделения может быть рециркулирована непосредственно или непрямо для очистки и/или может использоваться как вторичная водная среда для повторного суспендирования технической терефталевой кислоты. При необходимости менее чистый остаток может рециркулироваться на стадию окисления.

В том случае, когда не применяют очистку, терефталевая кислота может выделяться в результате последующих стадий фильтрования и промывки (без необходимости суспендирования в водной среде) и использоваться в процессе получения сложного полиэфира, в некоторых случаях непосредственно,- например, в производстве изделий из полиэтилентерефталата, таких как бутыли. Это осуществимо благодаря снижению содержания загрязнений, которое может достигаться в результате отделения твердого материала от жидкости и промывки твердого материала, движущегося в направлении противотока относительно промывной жидкости (например, при помощи системы ленточного фильтра), в сочетании с использованием инертного газа для снижения уровня загрязнения твердого материала на выходе испарением жидкости.

Далее в изобретении будет описан пример со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 представлена технологическая схема процесса получения очищенной терефталевой кислоты, в которой может быть использовано данное изобретение.

На фиг. 2 схематически представлена система фильтрования и промывки, работающая согласно данному изобретению.

На схеме, показанной на фиг. 1, в реактор A для проведения жидкофазного окисления параксилола подают параксилол и уксусную кислоту с растворенным катализатором, представляющим собой ионы кобальта, магния и брома (по линии 1), и воздух (по линии 2). Продукт выходит из реактора A по линии 3 и поступает в секцию кристаллизации B. Температуру в реакторе A регулируют отводом смеси паров уксусной кислоты и воды из реактора и подачей их в систему конденсации C по линии 4. Большую часть конденсата возвращают в реактор A по линии 5, а несконденсированная часть смеси может выводиться по линии 6. Для контроля содержания воды в реакторе A часть конденсата удаляют из конденсирующей системы по линии 7 и направляют в дистилляционную колонну D по линии 9.

В секцию кристаллизации B перепад температур составляет приблизительно 80 - 150^oC, и полученная таким образом суспензия, содержащая кристаллическую терефталевую кислоту в маточной жидкости (главным образом, в уксусной кислоте), поступает на стадию фильтрования E. Маточную жидкость, выведенную со стадии фильтрования, частично возвращают в реактор A по линиям 10 и 10a. Уксусную кислоту можно выводить из секции кристаллизации по линиям 8 и 9 в дистилляционную колонну D и/или по линиям 8 и 10a в реактор A. Твердый материал, полученный на стадии фильтрования, направляют на стадию повторного суспендирования F по линии 15, где регенерированные кристаллы терефталевой кислоты суспендируют в воде, которая может содержать воду, полученную где-либо в процессе, например, из дистилляционной колонны D - по линии 14, рециркулированную по линии 18 маточную жидкость, рециркулированную по линии 16 маточную жидкость и/или деминерализованную воду, поступившую по линии 17.

На фиг. 2 показаны стадия фильтрования E и стадия ресуспендирования F, объединенные в одной установке, где кристаллы терефталевой кислоты промывают также для удаления из них загрязняющей уксусной кислоты. Установка, показанная на фиг. 2, содержит ленточный фильтр, изготовленный в виде фильтра Панневиса, который описан в публикации Filtration and Separation (стр. 176 и далее, март/апрель 1979). Устройство ленточного фильтра содержит в общем случае горизонтально расположенную фильтрующую ленту 100, которая приводится в движение двумя барабанами 102, роликами (не показаны) и устройствами для управления, которые обеспечивают движение верхней части ленты 104 слева направо, как показано на фиг. 2. Фильтрующая лента 100 может представлять собой ткань, сотканную из полиэфирэфиркетон-моноволокон с использованием подходящего плетения.

Фильтрующая лента 100 заключена в не проницаемый для паров корпус 101, один конец которого, прилегающий к выходному концу верхней части ленточного фильтра 104, соединен с сосудом ресуспензии F разгрузочным желобом 103. Внутренняя часть корпуса находится под давлением подходящего газа (как описано ранее), причем относительное давление внутри корпуса обычно бывает более чем 1 бара, например, от 3 до 15 бара. Снизу верхней части ленты расположено устройство всасывания, которое на представленном воплощении содержит четыре поддона 106. Поддоны 106 соединены вместе для передвижения как единое целое в направлении, параллельном направлению движения верхней части ленты 104, причем поддоны способны двигаться возвратно-поступательно между барабанами 102 таким образом, что они могут перемещаться с лентой слева направо, а затем возвращаться в первоначальное положение. Во время перемещения поддонов 106 слева направо для прогона жидкости через верхнюю часть ленты 104 применяют всасывание, а во время возвращения всасывание прекращают. Дифференциал давления между поверхностями фильтрующей ленты (т. е. между областью выше верхней части ленты 104 и внутренней областью всасывания элемента 106) обычно составляет по меньшей мере 0,03 бар и, как правило, имеет значение 0,6 бар.

Пунктирной линией показано расположение трех зон Z1, Z2 и Z3. В первой зоне Z1 слева суспензию терефталевой кислоты и уксусной кислоты вместе с любым растворенным катализатором вводят по линии 108 на верхнюю часть 104 фильтрующей ленты, и уксусная кислота проходит через ленту в подсасывающее устройство 106, из которого ее удаляют по линии 110, посредством чего на верхней части ленты 104 остается осадок терефталевой кислоты. На этой стадии осадок на фильтре будет содержать остаточные загрязнения, в частности остатки уксусной кислоты.

Во вторую зону Z2 по линии 112 вводят промывную среду (обычно воду) и пропускают ее через фильтр 104 противотоком относительно направления движения осадка на фильтре. Промывную среду сначала подают на фильтр через выходное отверстие 114 на осадок на фильтре с тем, чтобы получить слой над осадком на фильтре, и после этого с помощью давления газа внутри корпуса 101 она вытесняет загрязнения, такие как уксусная кислота, если они присутствуют, через ленточный фильтр во всасывающее устройство, при этом вытесненная уксусная кислота и промывная среда проходят через верхнюю часть ленточного фильтра 104 в секцию 106, из которой образующийся фильтрат (промывная среда и остаточная уксусная кислота) поступают на повторное использование для промывки осадка на фильтре в месте, расположенном ниже выходного отверстия 114. В частности, фильтрат подают по линии 116 на распределитель фильтрата 118 и перегоняют насосом 120 по линии 22 к отверстию 124, расположенному ближе к началу, чем отверстие 114, таким образом, что фильтрат вытесняет уксусную кислоту и любые другие загрязнения через верхнюю часть фильтра 104 в секцию отсасывания 106. На представленном воплощении эту процедуру повторяют снова, используя жидкость, поданную через линию 126, распределитель фильтрата 128, насос 130, линию 132 и выходное отверстие 134. Таким образом осадок на верхней части фильтра по мере прохождения трех стадий промывки может быть промыт водой с возрастающей степенью чистоты, поступающей через выходные отверстия 134, 124 и 114.

В третьей зоне Z3 осадок, расположенный на фильтре, выгружают с ленточного фильтра 100, на фильтрующую ленту 100 через сопло (не показано) подается вода, которая служит для смыва осадка, оставшегося на фильтре. Осадок с фильтра попадает в приемник 103, куда вода подается по линии 135, причем эту воду получают из линий 14, 16, 17 и/или 18 (фиг. 1). Вода для смыва осадка с фильтра и/или подачи в выходное отверстие 114 может быть получена по меньшей мере частично из линии 14, 16, 17 и/или 18 (см. фиг. 1). Фильтрат, полученный после прохождения промывной среды (содержащей, например, воду и загрязняющие добавки, в частности, уксусную кислоту, полученную с предыдущих стадий промывки) из выходного устройства 134 через осадок на фильтре, собирают в устройстве всасывания 106, подают в линию 136 и затем в распределитель маточной жидкости 138 вместе с фильтратом, возвращенным по линии 110 из первой зоны Z1. Маточная жидкость, полученная таким образом, может, по меньшей мере, частично возвращаться в реактор A по линии 140 (и линии 10), необязательно посредством смешения со свежим катализатором, параксилолом и уксусной кислотой, которая содержится на линии 1. Любую остающуюся маточную жидкость и промывную жидкость удобно подают на стадию упаривания G по линии 12 (фиг. 1 и 2), где пары воды и уксусной кислоты выводят по линии 11, конденсируют и подают в реактор A или необязательно в дистилляционную колонну D, а продувку продуктов и катализатора выводят по линии 13.

Из всего вышесказанного очевидно, что описанное фильтрационное устройство выполняет двойную роль: оно предназначено для отделения кристаллов терефталевой кислоты от уксусной кислоты, содержащейся в маточной жидкости, и промывки отделенного осадка водой для вытеснения остаточного количества уксусной кислоты маточной жидкости, при этом общий результат состоит в замене растворителя, т. е. замене растворенной уксусной кислоты водой. Обе задачи выполняются на одном по существу горизонтально расположенном ленточном фильтре, когда промывка осуществляется посредством многостадийной промывки в направлении противотока. Для достижения высокой степени эффективности промывки смешение жидкости разных стадий промывки должно быть сведено на минимум. Это достигается при помощи подачи небольшого количества газа между стадиями, т.е. после исчезновения всей жидкости на поверхности осадка на фильтре через осадок пропускают небольшое количество газа на каждой стадии/зоне.

Вследствие присутствия горючих материалов внутри установки окисления система ленточного фильтра должна быть инерцирована введением подходящего газа (обычно азота) в корпус 101. В процессе работы ленточного фильтра азот поступает через осадок в зону пониженного давления и насыщается парами уксусной кислоты/воды. Азот и пары уксусной кислоты и воды поступают в сборники 118, 128 и 138, соединяются в линии 141 и проходят в конденсатор паров 142, где азот по существу освобождается от паров уксусной кислоты и воды, последние конденсируются и направляются через барабанный сепаратор 144 и линию 145 в сборник маточной жидкости 138. Азот, регенерированный таким способом, снова сжимают и возвращают в корпус 101 по линии 148 через рециркуляционную воздуходувку 150 и линию контрольного вентиля 152. Часть азота, циркулирующего в такой закрытой системе, отводится через линию контрольного вентиля для регулирования концентрации кислорода в системе, и полученный азот вводят в корпус 101 через линию 155.

Вместо устройства конденсатор 142 /сепаратор барабанного типа 144, описанного выше, в котором конденсация осуществляется непрямым теплообменом в конденсаторе 142, в другом устройстве эти аппараты заменяют скруббером, в котором азот и пары уксусной кислоты и воды соприкасаются с охлажденной очищающей жидкостью (которая может образовываться, по меньшей мере, частично из конденсированной смеси паров уксусной кислоты и воды), посредством чего осуществляется прямой теплообмен вместо непрямого. После соприкосновения со смесью азота и паров уксусной кислоты и воды очищающую жидкость с конденсатом выводят из нижней части скруббера и они могут рециркулироваться обратно, по меньшей мере, частично в верхнюю часть скруббера через теплообменник для охлаждения очищающей жидкости.

Было установлено, что хотя система фильтрования и промывки, описанная выше, очень эффективна в вытеснении маточной жидкости из осадка на фильтре, отфильтрованная и промытая терефталевая кислота по непонятной причине может все-таки сохранять высокое содержание нежелательной уксусной кислоты, несмотря на интенсивную промывку с противотоком, что предполагает отсутствие ожидаемой эффективности. Было установлено, что неожиданно высокий уровень содержания остаточной уксусной кислоты в промытой терефталевой кислоте не относится к слабой эффективности промывки. Было обнаружено, что сам инертный газ является источником проблемы, а терефталевая кислота проявляет способность захватывать уксусную кислоту из азота, таким образом независимая эффективность удаления смеси паров уксусной кислоты и воды из газа перед его рециркулированием так, что газ повторно вводится в корпус 101 и проходит через корпус, являются важным фактором, определяющим степень остаточного содержания загрязняющей уксусной кислоты в технической терефталевой кислоте, полученной из системы фильтрации и промывки.

В зоне Z1, где теплая суспензия поступает в корпус 101, некоторое количество паров уксусной кислоты и воды, присутствующих в суспензии, поступает в окружающую среду. Если рециркулированный газ возвращают в корпус 101 в месте, как показано на линии 152, то тогда он будет стремиться к распределению повсюду в корпусе 101 для удовлетворения требованиям истечения через осадок, и особенно он будет стремиться к течению по ходу движения осадка на фильтре. В результате, как было установлено, он стремится захватить испаренную уксусную кислоту и воду и унести их в направлении потока, что дает возможность повторно загрязнить осадок терефталевой кислоты уксусной кислотой, особенно на конечной стадии промывки или выше нее.

Было экспериментально установлено, что азот, насыщенный уксусной кислотой, при прохождении через очищенный от уксусной кислоты осадок на фильтре может значительно загрязнить осадок уксусной кислотой. В одном опыте 4,8 куб. дм газообразного азота при температуре 40^oC, насыщенные парами уксусной кислоты, пропускали через осадок терефталевой кислоты толщиной 40 мм на воронке Бюхнера площадью 100 кв. см в течение 10 секунд. Первоначально содержание уксусной кислоты в осадке составляло менее 100 ppm (вес/вес.), после прохождения газа через осадок содержание уксусной кислоты в верхней части осадка возросло до 0,27% (вес./вес.), что показывает способность терефталевой кислоты захватывать уксусную кислоту из газового потока. В потоке азота было обнаружено очень небольшое содержание уксусной кислоты.

Располагая точку повторного ввода рециклового азота в начале или рядом с начальным концом корпуса 101 (например, как показано на позиции под номером 152a), можно защитить перераспределение газа, при котором он стремится двигаться противотоком относительно движения осадка на фильтре в месте входа 152a и, таким образом, обеспечить противоток "градиента" концентрации уксусной кислоты в осадке на фильтре. Для относительно низкого содержания уксусной кислоты в рециркулированном газе установлено, что пары, обогащенные уксусной кислотой, остаются в конце входа корпуса 101 и по существу исключаются из прохождения с осадком на фильтре, особенно в конечную стадию промывки в зоне Z2.

Даже относительно низкое содержание уксусной кислоты в рециркулированном газе может вызвать значительное загрязнение осадка на фильтре на последующей стадии(ях) промывки, если требуется высокая степень промывки. В этом случае рециркулированный газ может быть подвергнут очистке водой в скруббере или другой обработке для удаления уксусной кислоты перед введением в выходную часть или соседнюю с ней часть корпуса. Таким образом, например, газ, полученный из сепаратора барабанного типа 144, может быть подвергнут очистке на скруббере перед возвращением в корпус 101. Однако, так как он находится на конечной стадии(ях) промывки, где повторное загрязнение осадка через газ особенно важно, вместо того, чтобы очищать в скруббере все количество азота, что потребует использования скруббера значительного размера, более выгодно разделить рециркулированный азот на два потока. Один поток возвращают по линии 152a (без очистки на скруббере), а другой направляют по линиям 156 и 158 в относительно небольшой скруббер 160, в котором газообразный азот соприкасается противотоком с промывающей средой (которая может быть получена из любой одной или более линий 14, 16, 17 и 18), вводимой по линии 162 и выводимой по линии 164. Очищенный в скруббере азот (который по существу очищен от уксусной кислоты) затем подают по линии 166 в область внутри корпуса 101, прилегающую к месту разгрузки осадка с фильтра так, что он проходит через осадок на фильтре, по меньшей мере, на конечной стадии(ях) промывки и/или рядом с последней.

Таким образом азот с различным содержанием уксусной кислоты повторно вводится в двух местах. Общий результат состоит в получении противотока паров к зоне Z1, при котором почти "свободные от уксусной кислоты" пары соприкасаются с "самым чистым" осадком. По аналогичным причинам дополнительный подпитывающий азот в корпус 101 поступает по линии 155 в конце разгрузки осадка для выполнения продувки сосуда F. Завеса 200 (например, в форме подвешенного клапана из пластичного материала такого, как резина) может использоваться внутри корпуса 101 для дополнительного разделения секций "чистого" и "грязного" газа.

В сосуде F кристаллы могут быть повторно суспендированы в воде, регенерированной из дистилляционной колонны D по линии 14, и/или в другой воде, которая может быть рециркулированной маточной жидкостью из линии 18, рециркулированной маточной жидкостью из линии 16 и/или диминерализованной водой, поступившей по линии 17. Суспензию, полученную на этой стадии, нагревают в секции H до температуры, например, от 250^oC до 350^oC для получения раствора, который подают по линии 19 в реактор J, где он реагирует с водородом над палладиевым катализатором с фиксированным слоем катализатора, в результате чего снижается содержание примесей в растворе, а затем раствор снова кристаллизуют в секции кристаллизации K, из которой чистый продукт выделяют и сушат на стадии 1, которая может содержать систему "фильтрование/промывка", аналогичную описанной на фиг. 2, и сушилку. В этом случае сначала применяют способ промывки для вытеснения маточной жидкости, содержащей воду и некоторое количество паратолуоловой кислоты и других примесей (например, цветные примеси, металлы и т.д.), из терефталевой кислоты и может быть не нужна такая степень промывки, которая достигается при противотоке. Таким образом, например, в способе "фильтрование/промывка" для очистки терефталевой кислоты устройство может быть таким, что промывная среда сделает только один проход через осадок на фильтре.

Температуру, до которой охлаждают раствор в секции кристаллизации K, и скорость охлаждения регулируют для получения соответствующей степени чистоты продукта терефталевой кислоты. Чистый продукт терефталевой кислоты выделяют со стадии 1, а маточную жидкость подают на стадию регенерации M, где жидкость упаривают или еще раз охлаждают так, чтобы дать возможность выделить дополнительное количество твердого материала, который может подаваться в реактор A по линии 20. На стадии M температура жидкости может быть снижена до 100^oC при помощи мгновенного парообразования из нее при атмосферном давлении. Такой пар далее может быть очищен, например, дистилляцией и использоваться как промывная среда на стадии L или где-либо еще в процессе или может быть спущен. Оставшаяся жидкость может охлаждаться или упариваться с выделением из нее твердых веществ. Маточная жидкость, возвращенная со стадии M, может частично направляться назад в дистилляционную колонку D по линии 22, и частично возвращаться на стадию повторного суспендирования F по линии 16, а частично может выводиться по линии 21. Предпочтительно, если при испарении используют испаренную воду, возвращенную на стадию ресуспендирования F.

Когда стадия L содержит систему фильтрования и промывки, аналогичную описанной на фиг. 2, инертный газ может снова быть азотом, однако, предпочтительно применять пар в качестве инертного газа в силу причин, описанных в одновременно проходящей рассмотрение Международной заявке N PCT/GB 9301019. В этом случае система "фильтрование/промывка" будет применяться аналогично для отделения кристаллов чистой терефталевой кислоты от загрязненной маточной жидкости и промывки отделенного осадка чистой водой для вытеснения любых остаточных загрязнений маточной жидкости из осадка. В этих случаях применяют пар как для получения противотока, так и для обеспечения того, что любые испарения из загрязненной маточной жидкости оставались в начале потока суспензии, поступающего на фильтрующую ленту.

Несмотря на то, что изобретение описано здесь со ссылкой на применение ленточного фильтра, можно применять также другие типы фильтрационных систем, подходящих для осуществления промывки осадка, например, в изобретении может применяться барабанный вакуум-фильтр, в котором твердый материал транспортируется фильтрующей средой, смонтированной на цилиндрическом барабанном фильтре, через стадии фильтрования и промывки и в котором процессы фильтрования и промывки интенсифицируются сжатым газом при установлении дифференциала давления между противоположными сторонами осадка на фильтре. Как указано в описании фиг. 2, в таком воплощении сжатый газ пропускают через осадок на фильтре, а затем рециркулируют с обработкой для исключения или снижения содержания загрязнений в месте, соответствующем началу движения осадка на фильтре.