способ выделения фталевого ангидрида

Формула изобретения

Способ выделения фталевого ангидрида путем десублимации фталевого ангидрида из фталовоздушной смеси, отличающийся тем, что фталовоздушную смесь в испарителе насыщают фталевым ангидридом до концентрации 120-125 г/м³ при охлаждении ее до 160-170^oС за счет смешения с суспензией или раствором фталевого ангидрида в высококипящей жидкости, которые поступают из парциального конденсатора и имеют температуру 120-140^oС, образующуюся в испарителе высококипящую жидкость подают на охлаждение, а концентрированную фталовоздушную смесь - в трубное пространство парциального конденсатора, где фталевый ангидрид выделяют в жидком виде за счет охлаждения концентрированной фталовоздушной смеси суспензией или раствором фталевого ангидрида в высококипящей жидкости, подаваемых в межтрубное пространство парциального конденсатора из десублимационной колонны, неконденсировавшиеся продукты реакции с температурой 140-150^oС и концентрацией фталевого ангидрида 80-85 г/м³ направляют в десублимационную колонну, куда противотоком подают высококипящую жидкость, выходящую из испарителя, охлажденную до 45-55^oС, а образующиеся в результате суспензию или раствор фталевого ангидрида в высококипящей жидкости направляют в испаритель, при этом в процессе используют высококипящую жидкость с температурой кипения выше 300^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ангидридов карбоновых кислот, в частности, к способу выделения фталевого ангидрида (ФА), который находит широкое применение в лакокрасочной промышленности.

Известен способ десублимации ФА путем контакта фталовоздушной смеси (ФВС) с охлаждаемой поверхностью /Д. А. Гуревич. "Фталевый ангидрид", М. Химия, 1969 г. , стр. 125-130/.

Недостатком этого способа является уменьшение производительности процесса улавливания ФА из-за ухудшения теплообмена в конденсаторе намораживания. Для обеспечения непрерывности процесса необходимо использовать несколько аппаратов, что усложняет технологическую схему и связано с большими материальными и энергозатратами.

Аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения выбран способ десублимации ФА в аппарате с ребристыми трубками, охлаждаемыми водой, при градиентной скорости подачи ФВС по ходу газового потока /SU 1544764/.

Недостатком известного способа является большая металлоемкость аппарата, что приводит к увеличению расхода тепла при выплавлении продуктов реакции. Кроме того, в процессе десублимации происходит улавливание побочных продуктов реакции: малеинового ангидрида, 1,4-нафтохинона, фталида и др. , которые ухудшают качество и снижают выход продукта из-за его осмоления при выплавлении продукта.

Градиентная скорость подачи ФВС требует установки высокоточных контрольно-измерительных приборов, что связано с дополнительными материальными затратами.

Технический результат данного изобретения заключается в улучшении качества ФА, выделяемого в жидком виде, снижении материальных затрат, связанных с уменьшением расхода высококипящей жидкости, уменьшении энергетических и технологических потерь.

Для достижения технического результата в способе выделения ФА фталовоздушная смесь насыщается фталевым ангидридом до высокой концентрации в испарителе в результате смешения ФВС с суспензией (или раствором) ФА в высококипящей жидкости (ВКЖ) (в дальнейшем - суспензия (или раствор)), которая образуется в тарельчатой десублимационной колонне на заключительной стадии улавливания ФА из ФВС.

Сущность изобретения поясняется следующим образом.

При смешении ФВС с суспензией (или раствором) ФА в ВКЖ, поступающей из десублимационной колонны, происходит охлаждение ФВС и обогащение ее ФА за счет испарения ФА из суспензии (или раствора), что позволяет при дальнейшем охлаждении концентрированной ФВС в парциальном конденсаторе выделить ФА в жидком виде. Десублимация несконденсировавшихся продуктов реакции в десублимационной тарельчатой колонне путем их охлаждения высококипящей жидкостью, подаваемой противотоком, обеспечивает более полное улавливание ФА и побочных продуктов реакции и позволяет исключить дополнительную очистку хвостовых газов.

На чертеже приведена технологическая схема способа.

Установка содержит испаритель ФА 1, соединенный с парциальным конденсатором 2 и сборником ВКЖ 6. Парциальный конденсатор 2 соединен со сборником жидкого фталевого ангидрида 3 и с десублимационной тарельчатой колонной 4, где происходит десублимация несконденсировавшихся продуктов реакции и образование суспензии (или раствора). Холодильник 5 служит для охлаждения высококипящей жидкости, которая подается насосом 7 из сборника 6.

Способ выделения ФА осуществляется следующим образом. ФВС с температурой 240-260^oС и концентрацией ФА 40-45 г/м³ подается в испаритель 1. Противотоком подается суспензия (или раствор) с температурой 120-140^oC. В испарителе 1 потоки смешиваются, происходит нагрев суспензии (или раствора) и испарение из нее ФА, а ФВС охлаждается до 160-170^oС и насыщается ФА до концентрации 120-125 г/м³.

Температура подаваемой в испаритель 1 суспензии (или раствора) не должна превышать 140^oC, т. к. это приводит к увеличению температуры ФВС на выходе из испарителя и уменьшает выход жидкого ФА. Уменьшение температуры суспензии (раствора) ниже 120^oC нецелесообразно, т. к. ведет к уменьшению концентрации ФА в ФВС.

Приведенная концентрация ФА в ФВС на входе в испаритель, 40-45 г/м³, соответствует концентрации ФА в ФВС, выходящей из контактного аппарата на действующих заводах ФА. Концентрация ФА на выходе из испарителя, 120-125 г/м³, обусловлена упругостью паров ФА при температуре 160-170^oС.

Концентрированная ФВС подается в парциальный конденсатор 2, где происходит конденсация ФА, который в жидком виде поступает в сборник 3.

Несконденсировавшиеся продукты реакции с температурой 140-150^oС и концентрацией ФА 80-85 г/м³ поступают под нижнюю тарелку десублимационной колонны (4). Противотоком на верхнюю тарелку колонны 4 подается высококипящая жидкость, охлажденная в холодильнике 5 до 45-55^oС.

Выходящая из парциального конденсатора ФВС имеет концентрацию 80-85 г/м³, что обусловлено температурным режимом парциального конденсатора: на входе - 160-170^oC и на выходе - 140-150^oC. Повышение температуры на входе парциального конденсатора более 170^oС и на выходе более 150^oС приведет к уменьшению степени улавливания ФА, увеличению концентрации ФА на входе в десублимационную колонну и, в результате, к увеличению расхода ВКЖ. Снижение температуры в парциальном конденсаторе ниже 160^oС на входе и ниже 140^oС на выходе нецелесообразно из-за снижения качества ФА.

Температура подаваемой в тарельчатую десублимационную колонну 4 высококипящей жидкости не должна быть ниже 45^oС, т. к. при охлаждении поступающей ФВС возможны конденсация паров воды и образование фталевой кислоты, что ведет к изменению состава образующейся суспензии (раствора) и уменьшению выхода ФА на стадии парциальной конденсации. Увеличение температуры ВКЖ выше 55^oС приводит к увеличению содержания ФА в хвостовых газах (более 0,05 г/м³).

В способе выделения фталевого ангидрида в качестве высококипящей жидкости используются различные органические жидкости с температурой кипения выше 300^oС, не разлагающиеся при температурах 250-300^oС и упругость паров которых не превышает 1-2 мм рт. ст. при температуре 150^oС. Например, полиметилсилоксановые жидкости ПМ-100, ПМ-200, дибутилфталат, диоктилфталат и др.

Использование испарителя 1 позволяет избежать непосредственного контакта жидкого ФА и высококипящей жидкости, благодаря чему повышается качество фталевого ангидрида. Выходящая из испарителя ВКЖ не содержит продуктов реакции и не подвергается дополнительной очистке, благодаря чему снижается расход высококипящей жидкости и уменьшаются энергозатраты. Кроме того, в испарителе теплообмен происходит более эффективно и не ухудшается по мере эксплуатации аппарата, что позволяет поддерживать расход ФВС 40-80 нм³ на 1 кг ВКЖ. Уменьшение расхода ФВС менее 40 нм³/кг ФЖК нецелесообразно, т. к. снижается эффективность работы всей установки, а увеличение расхода ФВС более 80 нм³/кг ВЖК приводит к увеличению нагрузки на десублимационную колонну и увеличению содержания фталевого ангидрида в хвостовых газах.

Образующаяся в десублимационной колонне 4 суспензия (или раствор) используется также как хладоагент в парциальном конденсаторе, что делает технологическую схему процесса выделения ФА энергетически выгодной.

Пример конкретной реализации процесса

ФВС с температурой 250^oС в количестве 30000 нм³/час поступает в испаритель 1. Противотоком из парциального конденсатора 2 подается суспензия ФА в полиметилсилоксановой жидкости ПМ-100 с температурой 120^oС. Из испарителя ФВС в количестве 30000 нм³/час с концентрацией ФА 125 г/м³ поступает в трубное пространство парциального конденсатора 2, откуда образовавшийся жидкий фталевый ангидрид стекает в сборник 3. ФВС с концентрацией ФА 80 г/м³ из парциального конденсатора 2 направляется в десублимационную колонну 4. Противотоком из холодильника 5 при температуре 50^oС подается полиметилсилоксановая жидкость ПМ-100.

Анализ пробы продукта, взятого из сборника 3, показал отсутствие масла во ФА.

Степень улавливания ФА - 99,8% при расходе ФВС 0,60 м³ на 1 кг ПМ-100.

Состав отходящих газов, мг/м³: CО₂ - 17,0; Н₂0 - 16,0; ФА - 0,9; малеиновый ангидрид - 0,6; 1,4-нафтохинон - не обнаружено; нафталин - не обнаружено.

Уменьшение потерь ФА и улучшение качества ФА по сравнению с известными способами достигаются за счет улучшения теплообмена между ФВС и ФЖК, отсутствия перегревов ФА при плавлении, которые приводят к частичному разложению ФА с образованием примесей.