专利名称：用于回收纯对苯二甲酸的改进方法
本申请是于1991年4月12日登记的申请系列NO.685，218的部分继续申请。
本发明涉及一种用于从含有对甲苯甲酸的含水浆液中回收纯对苯二甲酸(下文称为PTA)的方法。制备了一种纯对苯二甲酸，其中，对甲苯甲酸的重量浓度低于200ppmw。在将对二甲苯氧化成对苯二甲酸的过程中，生成一种作为中间产物的4-羧基苯甲醛。当在有水存在的条件下纯化对苯二甲酸时，4-羧基苯甲醛被氢化成一种更易于水溶的衍生物-对甲苯甲酸。用水洗涤含有残留对甲苯甲酸的纯对苯二甲酸以除去残留的水溶性对甲苯甲酸。将含有对甲苯甲酸的洗涤水再循环或者排放到废水处理设备中。为了减少洗涤水的用量，为了降低在纯对苯二甲酸中残留杂质的含量和/或为了减少在下游废水处理容量的负荷，采用了在加压下以溢流水洗涤纯对苯二甲酸的方法。为了从含水浆液中回收纯对苯二甲酸，本发明不采用在现有技术中使用的加压离心过滤、再造浆、常压闪蒸和常压分离步骤，而是采用一种单工序的操作，也就是压力过滤，因此也相应地具有较低的设备费用。
通常是借助液相氧化对二甲苯和/或对甲苯甲酸来制备对苯二甲酸。对苯二甲酸具有巨大的工业重要性并被广泛地应用于各种不同聚酯的生产，例如成纤维的聚酯。一种用于制备对苯二甲酸聚酯，特别是制备聚对苯二甲酸乙酯的方法是直接将对苯二甲酸与相应的多元醇进行直接缩合反应。例如，将对苯二甲酸与乙二醇反应以生成双(β-羟乙基)对苯二甲酸酯，然后在第二步再将此产物聚合。这种直接缩合的方法要简单于其他的已知方法，例如用一种合适的二元醇使对苯二甲酸二甲酯进行酯基转移的方法。然而，直接的酯化反应需要使用适中纯度或高纯的对苯二甲酸。为了适合于生产聚酯纤维，对苯二甲酸必须是基本上没有任何污染物的，这些污染物能降低所说聚酯的熔点和/或使聚酯着色。事实上，在粗对苯二甲酸中所含的某些杂质就是引起着色的先质。
尚没有对所有的这些杂质进行鉴定。然而，通常发现在粗对苯二甲酸中存在有4-羧基苯甲醛，它是一种中间的氧化产物，在下文中将它简称为4-CBA。已经发现，如果在对苯二甲酸中4-CBA的含量较低，则导致聚酯着色的程度也相应较低。虽然在聚合过程中纯的4-CBA本身并不一定促进着色作用，但是这种杂质仍然是用于评价经纯化的对苯二甲酸纯化度的一种方便的指示剂。一种能降低在对苯二甲酸中4-CBA含量的方法同样也能降低着色先质的含量。
工业的粗对苯二甲酸含有作为主要杂质的(按重量计)800至7，000ppm的4-羧基苯甲醛和200至1，500ppm的对甲苯甲酸。粗对苯二甲酸还含有少量的(20-200ppm的范围)具有苯偶酰、芴酮或蒽醌结构的黄色芳烃化合物，它们是在氧化对二甲苯的过程中由于偶合副反应而作为杂质生成的具有特征黄色的化合物。
授予Delbert H.Meyer的美国专利No.3，584，039提出了一种用于纯化这类工业上获得的粗对苯二甲酸产品的，工业上可行的方法，该方法是在有固体氢化催化剂(例如在碳载体上的金属钯)存在的条件下，于200°-374℃下用氢来处理粗对苯二甲酸的液相溶液，然后在50℃至150℃的温度范围内使对苯二甲酸从已除去催化剂的液相溶液中结晶出来。这种催化加氢处理可将4-羧基苯甲醛转变成对甲苯甲酸并使对苯二甲酸脱色。
英国专利No.1，152，575在其工业应用方面是Meyer专利方法的发展，该专利提供了从溶解粗对苯二甲酸的步骤开始直至将对苯二甲酸从氢化处理的水溶液中结晶出来的步骤为止的完整流程的改进模式。就所说的结晶步骤而论，所说的英国专利提出利用溶剂蒸发来进行所需的冷却作用以使结晶的对苯二甲酸沉淀下来，但他提出警告说，在进行这类蒸发冷却时，必须避免由于溶剂的瞬间闪蒸作用而引起的溶液的急冷，因为这种急冷能使一些污染对苯二甲酸产品的可溶杂质共沉淀下来。为了防止这种急冷所引起的污染作用，英国专利提出，这种蒸发冷却应通过一种克服平衡背压的蒸发作用来加以控制，例如，可以节制水蒸气的排放而使其处于平衡压力状态。这种方法能有效地控制蒸发冷却的速度。
根据上述英国专利的通过控制蒸发冷却速度的结晶操作是在所述条件下以三个连接的步骤进行连续的结晶操作，在3.4小时的过程中产生150℃的温降，也就是从初始溶液的277℃下降到第三阶段的109℃。进行所说结晶操作的这种模式是按每分钟为1.48F的平均冷却速度来进行，这种操作不仅是不寻常的慢，而且当应用在含2，400ppm对甲苯甲酸的对苯二甲酸水溶液中时，结果获得一种含1，200ppm对甲苯甲酸的对苯二甲酸产品。这样的产品将不允许用于直接与乙二醇反应来生产聚酯纤维。
美国专利No.3，452，088重复了反对急冷的警告并且对于连续控制蒸发冷却速度以使对苯二甲酸从同时还含有溶解的对甲苯甲酸的水溶液中结晶出来的技术提出了另一种改进措施。其改进之处是将最终的结晶温度和/或分离结晶产品的温度限制在121°-149℃的温度范围内，以防止对甲苯甲酸污染结晶的对苯二甲酸。通过使用121°-149℃的最后结晶温度和/或产品分离温度，就能按3°-4F/每分钟的稍快的冷却速度来从含500-6，000ppm对甲苯甲酸的进料溶液中以工业规模获得一种含对甲苯甲酸只有150ppm或更少的对苯二甲酸。但是这种控制较快蒸发速度的工艺不能提供一种可用于设计更快的连续闪蒸结晶操作的有用理论基础来克服在英国和美国专利中所述的对甲苯甲酸污染的问题。
闪蒸溶剂的结晶操作是早已公知的，它通常具有可使温度和压力二者基本上瞬时降低的优点，因此当含有溶质的热溶液加入到正在低温和低压下工作的结晶容器中时，溶剂能基本上瞬时地蒸发。较理想的情况是，闪蒸到气相中的液体溶剂中的迅速挥发的部分允许溶剂蒸气迅速地除去。随着由于溶液闪蒸到较低温度而引起的冷却和浓缩，结晶作用和晶体的生长都迅速地进行。晶体的生长基本上完全是由于较低的温度引起的并且还与停留时间无关。众所周知，在进行溶剂闪蒸操作的结晶容器中，晶粒的粒径可以通过使晶体的浆液在整个结晶容器的下层部分进行循环而得以增大。例如，一种用于在搅拌着的结晶区域内进行这种循环的方法是例如用泵将一部分浆液从靠近它的上层处吸出并将这些吸出的浆液通过搅拌着的浆液的底部向上送入容器中。
然而，利用闪蒸溶剂蒸发操作来使对苯二甲酸(TA)从也含有500-6，000ppm(以TA为基础计)溶解的对甲苯甲酸的水溶液中结晶出来的方法，由于没有适当的措施，因此可能导致在英国专利中所提到的并且更通常地在后一个美国专利中所叙述的对甲苯甲酸的污染现象。这种污染现象有些反常，因为尽管存在过量的溶剂水来防止对甲苯甲酸的饱和或过饱和，然而对甲苯甲酸还是从溶液中析出。所说的后一个美国专利指出，污染现象在某种程度上依赖于结晶速度以及结晶操作和产品分离操作的最终温度。而不是仅仅依赖于溶液中对甲苯甲酸的浓度。
根据在上述的英国和美国专利所提供的TA饱和及超饱和曲线(TA的浓度对温度关系)及其说明，人们可以设计一种连续的TA结晶流程，该流程具有多个相连接的步骤，每步骤的操作温度都较前一级的温度低，以便能在近似批式结晶的情况下顺利地操作，该结晶操作具有一条基本上与TA饱和曲线相同的温度曲线图形。这样设计的一种连续结晶流程将至少有40个相关的结晶步骤。然而，由于该流程有很多步骤以及它所耗费的时间，这样一种连续结晶法将是在经济上无吸引力，而在工业应用上不方便的。
因此本发明的一个目的是提供一种用于从纯对苯二甲酸在含水介质的浆液中置换对甲苯甲酸的方法，在此方法中，采用加压过滤纯对苯二甲酸的操作，通过正压置换法来从纯对苯二甲酸的浆液中置换含有对甲苯甲酸的含水介质，在此方法中首先在高温和加压下用溢流水洗涤(也称塞流洗涤)滤饼，接着把压力释放掉并随之达到较低的温度以及在最后达到大气压的条件。最后留在纯对苯二甲酸中的对甲苯甲酸的浓度等于或小于200ppmw。
本发明的一个目的是提供一种用于从含水介质纯对苯二甲酸的浆液中置换对甲苯甲酸的方法，在此方法中，采用正压置换法来从纯对苯二甲酸的浆液中置换对甲苯甲酸，该方法是在高温和加压下过滤纯对苯二甲酸的浆液，此时留在滤饼中的对甲苯甲酸的浓度等于或小于200ppmw并且压力降低到大气压。
本发明的另一个目的是提供一种用于制备含200ppmw或更少量对甲苯甲酸的纯对苯二甲酸的改进方法，而纯对苯二甲酸是在大气压下，并处于有待用烘箱于大气压下进行加工的状态。
本发明公开了一种用于制备纯对苯二甲酸(TA)的方法，这种产品只含200ppm(重量)或更少量的对甲苯甲酸(即，纤维级质量TA)，该方法适用于处理一种在溶液中含有500-6，000ppm(重量)的对甲苯甲酸的含水浆液。将这种含有结晶的TA和溶解的对甲苯甲酸的含水浆液过滤。将滤饼进行正压置换，即在约38℃至约205℃的温度下和在超出系统压力约0.5psi至约65psi的压力差下将对甲苯甲酸的水溶液滤出。在加压下用水来将在高温加压过滤所获的结晶TA的滤饼中的溶解有对甲苯甲酸的水溶液置换出来。在加压下用水来置换残留在滤饼中的对甲苯甲酸溶液。将系统的压力释放，至大气压力并随之产生较低的温度，这时残留于滤饼中的水就被加压闪蒸出来。然后将这种含有200ppm或更少量对甲苯甲酸的对苯二甲酸结晶产品置于干燥用设备中，在大气压下使其干燥，即获得所需的产品。
在本发明的一个实施方案中，在有催化剂体系存在的情况下，在一种乙酸介质中用分子氧将一种诸如对二甲苯和/或对甲苯甲酸等烷基芳烃氧化，所说的催化剂体系含有溴和一种或多种重金属，例如钴、锰等。虽然该方法在本技术领域中是众所周知的并且已在工业上应用，但是氧化反应会产生杂质，这些杂质应予除去或对其进行脱色处理，以获得一种纤维级的对苯二甲酸。这种经精制的(captive)和未精制的(noncaptive)对苯二甲酸的主要用途是制造用于生产纤维和薄膜的高分子量聚酯。
根据美国专利3，584，039得知，纤维级的对苯二甲酸可借助一种还原步骤，通过纯化粗对苯二甲酸的方法来制备。该方法基本上是在有载体或无载体的Ⅷ族金属催化剂存在的条件下用氢来处理一种粗对苯二甲酸的水溶液，所说的金属和载体必须是在工作条件下不溶于溶液中。采用这种方法，可使对苯二甲酸中的中间氧化产物，例如4-羧基苯甲醛(4-CBA)和其他的着色杂质还原并生成可以除去的产物。然后结晶和干燥以回收纯对苯二甲酸。
虽然上述的方法具有多种优点，然而问题在于，对甲苯甲酸对于纯对苯二甲酸的污染主要取决于冷却速度而不是温度。由于释放压力而引起的闪蒸温度降低会使对甲苯甲酸从纯对苯二甲酸的溶液中沉淀到纯对苯二甲酸的结晶上。然而，在约38℃至约205℃的温度范围内，对甲苯甲酸在含水介质中的溶解度仍是高的。
意外地发现，通过用从纯对苯二甲酸的结晶滤饼中正压置换对甲苯甲酸水溶液的方法，能有效地把被纯对苯二甲酸所夹带的对甲苯甲酸置换出来，其方法是在高温和加压下用水来置换对甲苯甲酸的水溶液。然后将压力释放至环境大气压力。结果测得保留在纯对苯二甲酸结晶中的对甲苯甲酸的浓度等于或小于200ppmw。
在本发明的方法中，在温度至少为约38℃，较佳为约100℃至约205℃，压力至少为约0.5psig，较佳为约40psig至约110psig的条件下将纯对苯二甲酸晶体从结晶器内的含水介质中滤出形成滤饼。
把带有纯对苯二甲酸含水浆液引入一个滤池或一系列滤池中，合理地放置使滤饼在其中充分地散开和分布至铺满滤池的整个底面以使其堵住或防止洗涤水形成沟渠。适宜地是使滤饼在滤池的整个底面铺开成至少为约0.5英寸至约8英寸的深度，较佳为至少约1英寸，最好为约2-4英寸。含水的母液可加以回收和处理以回收其中的对甲苯甲酸和/或送往废水处理设备。
当滤饼达到了0.5英寸至8英寸的适宜的或较佳的高度后，将滤饼从过滤区域取出并转入洗涤区，在其中，在一定压力梯度条件下用水流来洗涤滤饼以使得在滤饼表面上的积水层达到适宜的深度，优选的最低深度为约0.25英寸。采用一种正压置换法以水液流来置换滤饼中的对甲苯甲酸水溶液，所用的压力梯度应比系统压力至少大0.5psi，较佳为比系统压力大5psi至约65psi。然后将经水洗的纯对苯二甲酸滤饼所处的系统压力释放，使此压力处于大气压至90psig的范围内，并伴随着温度下降至等于或小于168℃。然后将此经水洗的纯对苯二甲酸在大气压力下干燥。
纯对苯二甲酸滤饼的最小厚度应至少为0.5英寸，这样才易于获得一种足够紧密的滤饼，以提供一个洗涤载体，也就是指滤饼，这样即可用置换法从滤饼中有效地除去含溶质的溶液。如果滤饼的厚度小于0.5英寸，那末被滤饼保留的含溶质的溶液就明显增加，既使在提高压力下进行水洗的情况也是如此。为了避免在用水洗滤饼以除去含有溶解溶质的溶液时置换洗涤的效率降低，纯对苯二甲酸滤饼的最小厚度最好至少为0.5英寸。
在滤饼表面上的液体应达到一个最小高度以保证置换水洗的进行。这一高度必须足以保证滤饼表面完全被液体覆盖。如果滤饼表面没有完全被水覆盖，那末就会产生洗涤液的旁流，这样就不能完全地置换滤饼内部的母液。由于滤饼的表面是不规则的，所以滤饼表面上的液体最小高度最好约为0.25英寸。
已经发现，在一个过滤循环中，在高温和加压下用水作为置换介质来正压置换对甲苯甲酸的水溶液，所加的压力可以使对甲苯甲酸溶液被含水介质有效地置换，并可从溶解有对甲苯甲酸的含水浆液中回收纯的对苯二甲酸。在高温和压力下把对甲苯甲酸的溶液从纯对苯二甲酸的滤饼中正压置换出来可使得在纯对苯二甲酸结晶过程中共结晶出的对甲苯甲酸减少到最小程度，所说的结晶过程，是在释放系统压力和降低系统温度时，当压力等于或小于235psig和温度等于或低于205℃的条件下进行的。
由于在温度低于38℃和压力低于10psig的条件下，对甲苯甲酸在水中的溶解度较低，因此常规的过滤技术不适用于从滤饼中除去对甲苯甲酸。虽然通过升温度和加压过滤的办法可以部分地克服溶解度问题，但是当使用真空或加压过滤时不使用塞流洗涤或溢流水洗的技术时，这种过滤和水洗操作不易将对甲苯甲酸从纯对苯二甲酸的结晶中除去。这类真空或加压过滤操作都会导致在滤饼中形成沟渠，因此洗涤水就不能渗透入滤饼中。
在本发明的方法中，通过加压置换洗涤含纯对苯二甲酸的滤饼，可获得出乎意料的除去对甲苯甲酸的效果。这样可使纯对苯二甲酸中的对甲苯甲酸减少到200ppmw或更少。
从工程的观点看，增加的加压过滤步骤允许压力降低到大气压力，这样可以减轻由于固体排放入一个在大气压力下操作的干燥器时所引起的问题。在本发明方法的一个实施方案中，可以使用一个转动阀门来使系统压力降低到大气压力。
利用增加的加压置换洗涤步骤可以减少为了降低保留在纯对苯二甲酸滤饼中的对甲苯甲酸的含量而需要的水量，这一点已被下面的事实证明，即通过利用增加的正压置换洗涤步骤来减少为了降低从乙酸水溶液中保留下来的乙酸含量而需要的水量，可以使所需的水量减少。
因此，这种做法是很方便的，即采用合理的正压置换洗涤的级数，可以把在置换洗涤步骤中所需的水量减至最小程度，以降低下流废水处理设备的负荷。因此，对于本发明的方法来说，为了用正压置换法将对甲苯甲酸从保留在纯对苯二甲酸滤饼内的母液中置换出来，以使其在滤饼中的含量等于或小于200ppm，可以采用多级置换法来洗涤纯的对苯二甲酸。
当然可以理解，多级置换洗涤步骤也可用单级置换洗涤步骤来代替，只要其中的洗涤水足以使保留在纯对苯二甲酸中的对甲苯甲酸的含量等于或低于约200ppm即可。另外，一种逆流洗涤的方法也可以使用，只要洗涤水用量的降低能有利即可。
在本发明的方法中，把含有纯对苯二甲酸的结晶的对甲苯甲酸浆液导入系列滤池的一个或多个滤池中，合理地布置使得纯对苯二甲酸浆液液流在流经过程中形成所需厚度的滤饼。在达到滤饼最小厚度后(约0.5至约8英寸)，将滤饼从过滤区转入洗涤区，在此处用水液流来洗涤滤饼。根据水流情况施加压力，以通过正压来把保留在滤饼内母液中的对甲苯甲酸置换出来。依据通过滤饼进行置换出滤饼中的贮水情况，用适合的装置从滤机中取出滤饼，然后重复上述循环。洗涤面积对滤饼形成面积之比在约1∶20至约20∶1的范围内，以降低对甲苯甲酸在滤饼中的含量。随后将系统压力释放掉并把经洗涤的滤饼从滤机中取出。
用于进行所需循环的设备可以含有一系列固定在适宜位置上的滤池，它们所处的位置应允许水从滤池上方溢出。适用的设备可以含有一个带有多个滤池的转鼓过滤器，另外还可装配一些用于将洗涤过的滤饼从滤池中取出的设备。需要控制装置用于将含有纯对苯二甲酸的对甲苯甲酸溶液中的液流导入并形成滤饼，把滤饼从过滤区转移至洗涤区，在此处用水流来洗涤滤饼，其中水是被加压的，以便通过正压置换把保留在纯对苯二甲酸母液中的对甲苯甲酸置换出来。滤饼可以按需要洗涤多次，这样可将经洗涤的滤饼从转鼓过滤机中取出之前把对甲苯甲酸洗涤到最低浓度。
一种适宜用于本发明方法的设备中的转鼓滤机是一种BHS-FEST(TM)压力滤机(BHS-WERK，Sonthofen，D-8972，Sonthofen，West Germany)，可是凡能完成所需循环操作的其他滤机都可使用，例如从Pannevis，b.v.，Utrecht，Holland，或其他供应商所提供的带式滤机。
在操作BHS-FESTTM滤机时，一个转鼓滤机含有一系列安装在转鼓周边上的滤池。当转鼓旋转时，滤池中接收纯对苯二甲酸和溶解的对甲苯甲酸的含水浆液，而滤饼在滤池中积累到所需的厚度。在转鼓旋转时，滤饼离开过滤区并进入洗涤区以使水层在滤饼上积累到所需的深度。在水层上施加的压力迫使水通过滤饼以置换保留在被纯对苯二甲酸所夹带的水中的对甲苯甲酸。在转鼓进一步旋转时，如果需要，可将洗涤循环重复至少一次以上，之后将压力释放掉并伴随使温度降至环境温度。随后用一股加压的惰性气体将滤饼从转鼓卸出。
相似的操作程序也可用于带式滤机。
实施例1下面的实施例解释本发明的方法，实验中使用BHS-FEST(TM)滤机。
把含有45%结晶的PTA固体和母液的浆液装入一个BHS-FEST(TM)旋转压力滤机中，运行时的压力为60psig，温度为149℃。该BHS-FEST(TM)滤机被用来将固体与母液分离、洗涤固体、除去滤饼的过剩水分，并在大气压下将固体卸出。滤机的壳体可分成五个小室以进行五种不同的操作-过滤/滤饼形成、置换洗涤、滤饼干燥、卸出滤饼以及漂洗滤布。能以0.5至2.0rpm的速度范围旋转的滤鼓被分隔成20个滤池。在滤鼓上的总滤布面积约为1.3英尺2。当滤机分别以0.5、1.0和2.0rpm旋转时，浆液过滤的流率相应地约为360、720和1440英磅/小时。
当滤机在连续运行时，所有的操作-过滤/滤饼形成、置换洗涤、滤饼干燥/卸料，以及漂洗滤布，皆同时进行。这些操作通过描述一个滤池所经历的过程来加以解释。
所说滤池旋转进入过滤/滤饼形成室。含有约45%PTA固体和约1，000ppmw对甲苯甲酸的进料浆液在约60psig压力下被连续地泵入该室。当滤池旋转经过该室时，固体在滤布上积累达到1英寸滤饼厚度。母液通过滤布进入滤机的一个内管。在此内管中母液所受的压力范围从约30至约50psig。这些母液被送往对甲苯甲酸的回收设备和/或废水处理设备。
现在含有形成滤饼的滤池离开过滤/滤饼形成室并旋转入置换室。清水在约60psig的压力和约149℃的温度下被连续地泵入该室。用于清水的温度范围约为82℃-149℃。这些清水通过置换洗涤的作用，有效地从滤饼中除去对甲苯甲酸。已经通过了滤饼的洗涤水现在处于约30-50psig的压力下。这些水被分别地从母液中收集起来并被用于PTA工艺的其他工序。
在滤池中经过洗涤的滤饼离开置换洗涤室并进入滤饼干燥室。被压缩的惰性气体以约60psig的压力被连续的送入干燥室以除去滤饼的过剩水分。
然后滤池从干燥室旋转入滤饼卸料室。与其他所述各室的情况相反，该室在环境压力下操作。由于从滤饼干燥室至滤饼卸料室之间的压力降，使得某些额外的水分从滤饼中闪蒸出去。然后滤饼从滤机中卸料，对于滤机速度分别为约0.5、1.0或2.0rpm的情况，其卸料流率相应约为190、380或760磅/小时。最后的滤饼所具有的对甲苯甲酸的浓度(以干滤饼计)为200ppmw或更低。
在卸出滤饼以后，该滤池在滤布清洗室中用水清洗以除去任何微量的未卸出的滤饼。然后该滤池进入过滤/滤饼形成室并重复上述程序。
有关实验的数据列于表1中。洗涤比例是指用于置换洗涤滤饼中的对甲苯甲酸而使用的清水的数量，以对滤饼流率的比例测量表示。吹气比例是指在卸料前用于干燥滤饼而使用的压缩惰性气体的量，以对滤饼流率的比例测量表示。
表1
实施例8下列实施例解释使用带式滤机的本发明的方法。
把含有48%结晶的PTA固体和母液的浆液加入一个压力带式滤机中，该机运行时的流速为780磅/小时，压力为90psig，温度为166℃。该带式滤机分三段操作-固体与母液分离、置换洗涤，以及干燥。
把浆液加到带子的第一段中，在此段中固体与母液分离开。固体在带子上形成一段连续的3英寸厚的滤饼。母液滤液通过滤布过滤，然后被泵到对甲苯甲酸回收设备和/或废液处理设备。
然后该连续的滤饼被运送到置换洗涤区。该洗涤区也在90psig和166℃下工作。在此区中，清水被加到滤饼上，加水的流速能维持液面高于滤饼。
在经过置换洗涤区之后，连续的滤饼就进入了滤饼干燥区。把过剩的水从滤饼中排出并通入惰性气体以进一步除去水分。该区域也在90psig和166℃下工作。
现在只含200ppmw或更少量(按干料基础计)对甲苯甲酸的干滤饼被从带子上取下并送入一个减压装置，例如一个密封的螺旋输送器或一系列回转阀。现在把已处于大气压力下的PTA滤饼送入一个常压干燥器。
权利要求
1.一种用于制备纯对苯二甲酸的方法，该对苯二甲酸所含的对甲苯甲酸的浓度等于或少于200ppmw，该方法包括(a)把一种含水浆液导入一个或一系列处于过滤区的滤池中，该过滤区的温度范围从约38℃至约205℃，其系统压力从大气压至235psig，所说的含水浆液含有以结晶状态存在的纯对苯二甲酸和以水溶液状态以及和所说纯对苯二甲酸的晶体共结晶的状态存在的对甲苯甲酸，所说的滤池或滤池系列被固定于合适的位置上，当把所说的浆液加入每一个所说的滤池中时，在每一个滤池中就积累形成一个滤饼；(b)把含有所述滤饼的每一个所述滤池从所说的过滤区转入一个洗涤区；(c)把水液流通入每一个所说滤池中以便在每一个滤池中的所说滤饼上方形成一层预定量的水层，在该滤池中的所说水液流处于至少比所说系统压力高出0.5psig的压力梯度下和处于从约38℃至约205℃的温度范围内；(d)用水洗涤所说滤饼一段足够长的时间，以把对甲苯甲酸的浓度降低至等于或小于200ppmw；(e)将每一个所述含有经洗涤滤饼的滤池送到一个压力释放区，在此区中，所说的系统压力被释放到大气压至约90psig，以使所说滤饼的温度降低至等于或小于166℃；以及(f)将含有纯对苯二甲酸的所说经洗涤的滤饼从每一个所说滤池中卸出，在此滤饼中，对甲苯甲酸在所说纯对苯二甲酸中的浓度等于或小于200ppmw。
2.如权利要求1的方法，其中所说的滤饼至少有0.5英寸厚。
3.如权利要求1的方法，其中在所说滤饼上面的预定量水层至少有0.25英寸厚。
4.如权利要求1的方法，其中所说用于洗涤所说滤饼的水被作为洗涤水回收并被再循环至上游的粗对苯二甲酸的浆液中或被排放入废水处理设备。
5.如权利要求1的方法，其中所说水液流所处的压力在高于所说系统压力约0.5psig至约65psig的范围内。
6.如权利要求1的方法，其中所说水液流所处的压力在高于所说系统压力约5psig至约65psig的范围内。
7.如权利要求1的方法，其中所说滤饼的厚度在约0.5英寸至约8英寸的范围内。
8.如权利要求1的方法，其中所说滤饼的厚度在约1英寸至约4英寸的范围内。
9.如权利要求1的方法，其中所说滤饼的厚度在约2英寸至约4英寸的范围内。
10.如权利要求1的方法，其中所说的系统压力在约0.5psig至约110psig的范围内。
11.如权利要求1的方法，其中所说的系统压力在约40psig至约65psig的范围内。
12.如权利要求1的方法，其中所说水液流的温度在约100℃至约205℃的范围内。
全文摘要
公开了一种用于制备只含200ppmw或更少对甲苯甲酸的纯对苯二甲酸的方法。该方法是在高出系统压力约0.5psig或更高的压力下和在约100℃至约205℃的温度范围内，过滤一种含有对甲苯甲酸溶液的纯对苯二甲酸的含水浆液，以此制备出一种纯对苯二甲酸的滤饼。在高出系统压力的一种压力梯度下和在约100℃至约205℃的温度范围内用水从滤饼中置换出保留在纯对苯二甲酸滤饼中的对甲苯甲酸水溶液。采用释放系统压力至较低压力并伴随使温度降至较低温度的方法对保留在滤饼中的水分进行压力闪蒸处理。
文档编号C07C63/26GK1066841SQ9210368
公开日1992年12月9日 申请日期1992年4月11日 优先权日1991年4月12日
发明者D·J·施特赖希, D·J·格拉齐亚诺, S·K·席勒, R·J·格林 申请人:阿莫科公司
本申请是于1991年4月12日登记的申请系列NO.685，218的部分继续申请。
本发明涉及一种用于从含有对甲苯甲酸的含水浆液中回收纯对苯二甲酸(下文称为PTA)的方法。制备了一种纯对苯二甲酸，其中，对甲苯甲酸的重量浓度低于200ppmw。在将对二甲苯氧化成对苯二甲酸的过程中，生成一种作为中间产物的4-羧基苯甲醛。当在有水存在的条件下纯化对苯二甲酸时，4-羧基苯甲醛被氢化成一种更易于水溶的衍生物-对甲苯甲酸。用水洗涤含有残留对甲苯甲酸的纯对苯二甲酸以除去残留的水溶性对甲苯甲酸。将含有对甲苯甲酸的洗涤水再循环或者排放到废水处理设备中。为了减少洗涤水的用量，为了降低在纯对苯二甲酸中残留杂质的含量和/或为了减少在下游废水处理容量的负荷，采用了在加压下以溢流水洗涤纯对苯二甲酸的方法。为了从含水浆液中回收纯对苯二甲酸，本发明不采用在现有技术中使用的加压离心过滤、再造浆、常压闪蒸和常压分离步骤，而是采用一种单工序的操作，也就是压力过滤，因此也相应地具有较低的设备费用。
通常是借助液相氧化对二甲苯和/或对甲苯甲酸来制备对苯二甲酸。对苯二甲酸具有巨大的工业重要性并被广泛地应用于各种不同聚酯的生产，例如成纤维的聚酯。一种用于制备对苯二甲酸聚酯，特别是制备聚对苯二甲酸乙酯的方法是直接将对苯二甲酸与相应的多元醇进行直接缩合反应。例如，将对苯二甲酸与乙二醇反应以生成双(β-羟乙基)对苯二甲酸酯，然后在第二步再将此产物聚合。这种直接缩合的方法要简单于其他的已知方法，例如用一种合适的二元醇使对苯二甲酸二甲酯进行酯基转移的方法。然而，直接的酯化反应需要使用适中纯度或高纯的对苯二甲酸。为了适合于生产聚酯纤维，对苯二甲酸必须是基本上没有任何污染物的，这些污染物能降低所说聚酯的熔点和/或使聚酯着色。事实上，在粗对苯二甲酸中所含的某些杂质就是引起着色的先质。
尚没有对所有的这些杂质进行鉴定。然而，通常发现在粗对苯二甲酸中存在有4-羧基苯甲醛，它是一种中间的氧化产物，在下文中将它简称为4-CBA。已经发现，如果在对苯二甲酸中4-CBA的含量较低，则导致聚酯着色的程度也相应较低。虽然在聚合过程中纯的4-CBA本身并不一定促进着色作用，但是这种杂质仍然是用于评价经纯化的对苯二甲酸纯化度的一种方便的指示剂。一种能降低在对苯二甲酸中4-CBA含量的方法同样也能降低着色先质的含量。
工业的粗对苯二甲酸含有作为主要杂质的(按重量计)800至7，000ppm的4-羧基苯甲醛和200至1，500ppm的对甲苯甲酸。粗对苯二甲酸还含有少量的(20-200ppm的范围)具有苯偶酰、芴酮或蒽醌结构的黄色芳烃化合物，它们是在氧化对二甲苯的过程中由于偶合副反应而作为杂质生成的具有特征黄色的化合物。
授予Delbert H.Meyer的美国专利No.3，584，039提出了一种用于纯化这类工业上获得的粗对苯二甲酸产品的，工业上可行的方法，该方法是在有固体氢化催化剂(例如在碳载体上的金属钯)存在的条件下，于200°-374℃下用氢来处理粗对苯二甲酸的液相溶液，然后在50℃至150℃的温度范围内使对苯二甲酸从已除去催化剂的液相溶液中结晶出来。这种催化加氢处理可将4-羧基苯甲醛转变成对甲苯甲酸并使对苯二甲酸脱色。
英国专利No.1，152，575在其工业应用方面是Meyer专利方法的发展，该专利提供了从溶解粗对苯二甲酸的步骤开始直至将对苯二甲酸从氢化处理的水溶液中结晶出来的步骤为止的完整流程的改进模式。就所说的结晶步骤而论，所说的英国专利提出利用溶剂蒸发来进行所需的冷却作用以使结晶的对苯二甲酸沉淀下来，但他提出警告说，在进行这类蒸发冷却时，必须避免由于溶剂的瞬间闪蒸作用而引起的溶液的急冷，因为这种急冷能使一些污染对苯二甲酸产品的可溶杂质共沉淀下来。为了防止这种急冷所引起的污染作用，英国专利提出，这种蒸发冷却应通过一种克服平衡背压的蒸发作用来加以控制，例如，可以节制水蒸气的排放而使其处于平衡压力状态。这种方法能有效地控制蒸发冷却的速度。
根据上述英国专利的通过控制蒸发冷却速度的结晶操作是在所述条件下以三个连接的步骤进行连续的结晶操作，在3.4小时的过程中产生150℃的温降，也就是从初始溶液的277℃下降到第三阶段的109℃。进行所说结晶操作的这种模式是按每分钟为1.48F的平均冷却速度来进行，这种操作不仅是不寻常的慢，而且当应用在含2，400ppm对甲苯甲酸的对苯二甲酸水溶液中时，结果获得一种含1，200ppm对甲苯甲酸的对苯二甲酸产品。这样的产品将不允许用于直接与乙二醇反应来生产聚酯纤维。
美国专利No.3，452，088重复了反对急冷的警告并且对于连续控制蒸发冷却速度以使对苯二甲酸从同时还含有溶解的对甲苯甲酸的水溶液中结晶出来的技术提出了另一种改进措施。其改进之处是将最终的结晶温度和/或分离结晶产品的温度限制在121°-149℃的温度范围内，以防止对甲苯甲酸污染结晶的对苯二甲酸。通过使用121°-149℃的最后结晶温度和/或产品分离温度，就能按3°-4F/每分钟的稍快的冷却速度来从含500-6，000ppm对甲苯甲酸的进料溶液中以工业规模获得一种含对甲苯甲酸只有150ppm或更少的对苯二甲酸。但是这种控制较快蒸发速度的工艺不能提供一种可用于设计更快的连续闪蒸结晶操作的有用理论基础来克服在英国和美国专利中所述的对甲苯甲酸污染的问题。
闪蒸溶剂的结晶操作是早已公知的，它通常具有可使温度和压力二者基本上瞬时降低的优点，因此当含有溶质的热溶液加入到正在低温和低压下工作的结晶容器中时，溶剂能基本上瞬时地蒸发。较理想的情况是，闪蒸到气相中的液体溶剂中的迅速挥发的部分允许溶剂蒸气迅速地除去。随着由于溶液闪蒸到较低温度而引起的冷却和浓缩，结晶作用和晶体的生长都迅速地进行。晶体的生长基本上完全是由于较低的温度引起的并且还与停留时间无关。众所周知，在进行溶剂闪蒸操作的结晶容器中，晶粒的粒径可以通过使晶体的浆液在整个结晶容器的下层部分进行循环而得以增大。例如，一种用于在搅拌着的结晶区域内进行这种循环的方法是例如用泵将一部分浆液从靠近它的上层处吸出并将这些吸出的浆液通过搅拌着的浆液的底部向上送入容器中。
然而，利用闪蒸溶剂蒸发操作来使对苯二甲酸(TA)从也含有500-6，000ppm(以TA为基础计)溶解的对甲苯甲酸的水溶液中结晶出来的方法，由于没有适当的措施，因此可能导致在英国专利中所提到的并且更通常地在后一个美国专利中所叙述的对甲苯甲酸的污染现象。这种污染现象有些反常，因为尽管存在过量的溶剂水来防止对甲苯甲酸的饱和或过饱和，然而对甲苯甲酸还是从溶液中析出。所说的后一个美国专利指出，污染现象在某种程度上依赖于结晶速度以及结晶操作和产品分离操作的最终温度。而不是仅仅依赖于溶液中对甲苯甲酸的浓度。
根据在上述的英国和美国专利所提供的TA饱和及超饱和曲线(TA的浓度对温度关系)及其说明，人们可以设计一种连续的TA结晶流程，该流程具有多个相连接的步骤，每步骤的操作温度都较前一级的温度低，以便能在近似批式结晶的情况下顺利地操作，该结晶操作具有一条基本上与TA饱和曲线相同的温度曲线图形。这样设计的一种连续结晶流程将至少有40个相关的结晶步骤。然而，由于该流程有很多步骤以及它所耗费的时间，这样一种连续结晶法将是在经济上无吸引力，而在工业应用上不方便的。
因此本发明的一个目的是提供一种用于从纯对苯二甲酸在含水介质的浆液中置换对甲苯甲酸的方法，在此方法中，采用加压过滤纯对苯二甲酸的操作，通过正压置换法来从纯对苯二甲酸的浆液中置换含有对甲苯甲酸的含水介质，在此方法中首先在高温和加压下用溢流水洗涤(也称塞流洗涤)滤饼，接着把压力释放掉并随之达到较低的温度以及在最后达到大气压的条件。最后留在纯对苯二甲酸中的对甲苯甲酸的浓度等于或小于200ppmw。
本发明的一个目的是提供一种用于从含水介质纯对苯二甲酸的浆液中置换对甲苯甲酸的方法，在此方法中，采用正压置换法来从纯对苯二甲酸的浆液中置换对甲苯甲酸，该方法是在高温和加压下过滤纯对苯二甲酸的浆液，此时留在滤饼中的对甲苯甲酸的浓度等于或小于200ppmw并且压力降低到大气压。
本发明的另一个目的是提供一种用于制备含200ppmw或更少量对甲苯甲酸的纯对苯二甲酸的改进方法，而纯对苯二甲酸是在大气压下，并处于有待用烘箱于大气压下进行加工的状态。
本发明公开了一种用于制备纯对苯二甲酸(TA)的方法，这种产品只含200ppm(重量)或更少量的对甲苯甲酸(即，纤维级质量TA)，该方法适用于处理一种在溶液中含有500-6，000ppm(重量)的对甲苯甲酸的含水浆液。将这种含有结晶的TA和溶解的对甲苯甲酸的含水浆液过滤。将滤饼进行正压置换，即在约38℃至约205℃的温度下和在超出系统压力约0.5psi至约65psi的压力差下将对甲苯甲酸的水溶液滤出。在加压下用水来将在高温加压过滤所获的结晶TA的滤饼中的溶解有对甲苯甲酸的水溶液置换出来。在加压下用水来置换残留在滤饼中的对甲苯甲酸溶液。将系统的压力释放，至大气压力并随之产生较低的温度，这时残留于滤饼中的水就被加压闪蒸出来。然后将这种含有200ppm或更少量对甲苯甲酸的对苯二甲酸结晶产品置于干燥用设备中，在大气压下使其干燥，即获得所需的产品。
在本发明的一个实施方案中，在有催化剂体系存在的情况下，在一种乙酸介质中用分子氧将一种诸如对二甲苯和/或对甲苯甲酸等烷基芳烃氧化，所说的催化剂体系含有溴和一种或多种重金属，例如钴、锰等。虽然该方法在本技术领域中是众所周知的并且已在工业上应用，但是氧化反应会产生杂质，这些杂质应予除去或对其进行脱色处理，以获得一种纤维级的对苯二甲酸。这种经精制的(captive)和未精制的(noncaptive)对苯二甲酸的主要用途是制造用于生产纤维和薄膜的高分子量聚酯。
根据美国专利3，584，039得知，纤维级的对苯二甲酸可借助一种还原步骤，通过纯化粗对苯二甲酸的方法来制备。该方法基本上是在有载体或无载体的Ⅷ族金属催化剂存在的条件下用氢来处理一种粗对苯二甲酸的水溶液，所说的金属和载体必须是在工作条件下不溶于溶液中。采用这种方法，可使对苯二甲酸中的中间氧化产物，例如4-羧基苯甲醛(4-CBA)和其他的着色杂质还原并生成可以除去的产物。然后结晶和干燥以回收纯对苯二甲酸。
虽然上述的方法具有多种优点，然而问题在于，对甲苯甲酸对于纯对苯二甲酸的污染主要取决于冷却速度而不是温度。由于释放压力而引起的闪蒸温度降低会使对甲苯甲酸从纯对苯二甲酸的溶液中沉淀到纯对苯二甲酸的结晶上。然而，在约38℃至约205℃的温度范围内，对甲苯甲酸在含水介质中的溶解度仍是高的。
意外地发现，通过用从纯对苯二甲酸的结晶滤饼中正压置换对甲苯甲酸水溶液的方法，能有效地把被纯对苯二甲酸所夹带的对甲苯甲酸置换出来，其方法是在高温和加压下用水来置换对甲苯甲酸的水溶液。然后将压力释放至环境大气压力。结果测得保留在纯对苯二甲酸结晶中的对甲苯甲酸的浓度等于或小于200ppmw。
在本发明的方法中，在温度至少为约38℃，较佳为约100℃至约205℃，压力至少为约0.5psig，较佳为约40psig至约110psig的条件下将纯对苯二甲酸晶体从结晶器内的含水介质中滤出形成滤饼。
把带有纯对苯二甲酸含水浆液引入一个滤池或一系列滤池中，合理地放置使滤饼在其中充分地散开和分布至铺满滤池的整个底面以使其堵住或防止洗涤水形成沟渠。适宜地是使滤饼在滤池的整个底面铺开成至少为约0.5英寸至约8英寸的深度，较佳为至少约1英寸，最好为约2-4英寸。含水的母液可加以回收和处理以回收其中的对甲苯甲酸和/或送往废水处理设备。
当滤饼达到了0.5英寸至8英寸的适宜的或较佳的高度后，将滤饼从过滤区域取出并转入洗涤区，在其中，在一定压力梯度条件下用水流来洗涤滤饼以使得在滤饼表面上的积水层达到适宜的深度，优选的最低深度为约0.25英寸。采用一种正压置换法以水液流来置换滤饼中的对甲苯甲酸水溶液，所用的压力梯度应比系统压力至少大0.5psi，较佳为比系统压力大5psi至约65psi。然后将经水洗的纯对苯二甲酸滤饼所处的系统压力释放，使此压力处于大气压至90psig的范围内，并伴随着温度下降至等于或小于168℃。然后将此经水洗的纯对苯二甲酸在大气压力下干燥。
纯对苯二甲酸滤饼的最小厚度应至少为0.5英寸，这样才易于获得一种足够紧密的滤饼，以提供一个洗涤载体，也就是指滤饼，这样即可用置换法从滤饼中有效地除去含溶质的溶液。如果滤饼的厚度小于0.5英寸，那末被滤饼保留的含溶质的溶液就明显增加，既使在提高压力下进行水洗的情况也是如此。为了避免在用水洗滤饼以除去含有溶解溶质的溶液时置换洗涤的效率降低，纯对苯二甲酸滤饼的最小厚度最好至少为0.5英寸。
在滤饼表面上的液体应达到一个最小高度以保证置换水洗的进行。这一高度必须足以保证滤饼表面完全被液体覆盖。如果滤饼表面没有完全被水覆盖，那末就会产生洗涤液的旁流，这样就不能完全地置换滤饼内部的母液。由于滤饼的表面是不规则的，所以滤饼表面上的液体最小高度最好约为0.25英寸。
已经发现，在一个过滤循环中，在高温和加压下用水作为置换介质来正压置换对甲苯甲酸的水溶液，所加的压力可以使对甲苯甲酸溶液被含水介质有效地置换，并可从溶解有对甲苯甲酸的含水浆液中回收纯的对苯二甲酸。在高温和压力下把对甲苯甲酸的溶液从纯对苯二甲酸的滤饼中正压置换出来可使得在纯对苯二甲酸结晶过程中共结晶出的对甲苯甲酸减少到最小程度，所说的结晶过程，是在释放系统压力和降低系统温度时，当压力等于或小于235psig和温度等于或低于205℃的条件下进行的。
由于在温度低于38℃和压力低于10psig的条件下，对甲苯甲酸在水中的溶解度较低，因此常规的过滤技术不适用于从滤饼中除去对甲苯甲酸。虽然通过升温度和加压过滤的办法可以部分地克服溶解度问题，但是当使用真空或加压过滤时不使用塞流洗涤或溢流水洗的技术时，这种过滤和水洗操作不易将对甲苯甲酸从纯对苯二甲酸的结晶中除去。这类真空或加压过滤操作都会导致在滤饼中形成沟渠，因此洗涤水就不能渗透入滤饼中。
在本发明的方法中，通过加压置换洗涤含纯对苯二甲酸的滤饼，可获得出乎意料的除去对甲苯甲酸的效果。这样可使纯对苯二甲酸中的对甲苯甲酸减少到200ppmw或更少。
从工程的观点看，增加的加压过滤步骤允许压力降低到大气压力，这样可以减轻由于固体排放入一个在大气压力下操作的干燥器时所引起的问题。在本发明方法的一个实施方案中，可以使用一个转动阀门来使系统压力降低到大气压力。
利用增加的加压置换洗涤步骤可以减少为了降低保留在纯对苯二甲酸滤饼中的对甲苯甲酸的含量而需要的水量，这一点已被下面的事实证明，即通过利用增加的正压置换洗涤步骤来减少为了降低从乙酸水溶液中保留下来的乙酸含量而需要的水量，可以使所需的水量减少。
因此，这种做法是很方便的，即采用合理的正压置换洗涤的级数，可以把在置换洗涤步骤中所需的水量减至最小程度，以降低下流废水处理设备的负荷。因此，对于本发明的方法来说，为了用正压置换法将对甲苯甲酸从保留在纯对苯二甲酸滤饼内的母液中置换出来，以使其在滤饼中的含量等于或小于200ppm，可以采用多级置换法来洗涤纯的对苯二甲酸。
当然可以理解，多级置换洗涤步骤也可用单级置换洗涤步骤来代替，只要其中的洗涤水足以使保留在纯对苯二甲酸中的对甲苯甲酸的含量等于或低于约200ppm即可。另外，一种逆流洗涤的方法也可以使用，只要洗涤水用量的降低能有利即可。
在本发明的方法中，把含有纯对苯二甲酸的结晶的对甲苯甲酸浆液导入系列滤池的一个或多个滤池中，合理地布置使得纯对苯二甲酸浆液液流在流经过程中形成所需厚度的滤饼。在达到滤饼最小厚度后(约0.5至约8英寸)，将滤饼从过滤区转入洗涤区，在此处用水液流来洗涤滤饼。根据水流情况施加压力，以通过正压来把保留在滤饼内母液中的对甲苯甲酸置换出来。依据通过滤饼进行置换出滤饼中的贮水情况，用适合的装置从滤机中取出滤饼，然后重复上述循环。洗涤面积对滤饼形成面积之比在约1∶20至约20∶1的范围内，以降低对甲苯甲酸在滤饼中的含量。随后将系统压力释放掉并把经洗涤的滤饼从滤机中取出。
用于进行所需循环的设备可以含有一系列固定在适宜位置上的滤池，它们所处的位置应允许水从滤池上方溢出。适用的设备可以含有一个带有多个滤池的转鼓过滤器，另外还可装配一些用于将洗涤过的滤饼从滤池中取出的设备。需要控制装置用于将含有纯对苯二甲酸的对甲苯甲酸溶液中的液流导入并形成滤饼，把滤饼从过滤区转移至洗涤区，在此处用水流来洗涤滤饼，其中水是被加压的，以便通过正压置换把保留在纯对苯二甲酸母液中的对甲苯甲酸置换出来。滤饼可以按需要洗涤多次，这样可将经洗涤的滤饼从转鼓过滤机中取出之前把对甲苯甲酸洗涤到最低浓度。
一种适宜用于本发明方法的设备中的转鼓滤机是一种BHS-FEST(TM)压力滤机(BHS-WERK，Sonthofen，D-8972，Sonthofen，West Germany)，可是凡能完成所需循环操作的其他滤机都可使用，例如从Pannevis，b.v.，Utrecht，Holland，或其他供应商所提供的带式滤机。
在操作BHS-FESTTM滤机时，一个转鼓滤机含有一系列安装在转鼓周边上的滤池。当转鼓旋转时，滤池中接收纯对苯二甲酸和溶解的对甲苯甲酸的含水浆液，而滤饼在滤池中积累到所需的厚度。在转鼓旋转时，滤饼离开过滤区并进入洗涤区以使水层在滤饼上积累到所需的深度。在水层上施加的压力迫使水通过滤饼以置换保留在被纯对苯二甲酸所夹带的水中的对甲苯甲酸。在转鼓进一步旋转时，如果需要，可将洗涤循环重复至少一次以上，之后将压力释放掉并伴随使温度降至环境温度。随后用一股加压的惰性气体将滤饼从转鼓卸出。
相似的操作程序也可用于带式滤机。
实施例1下面的实施例解释本发明的方法，实验中使用BHS-FEST(TM)滤机。
把含有45%结晶的PTA固体和母液的浆液装入一个BHS-FEST(TM)旋转压力滤机中，运行时的压力为60psig，温度为149℃。该BHS-FEST(TM)滤机被用来将固体与母液分离、洗涤固体、除去滤饼的过剩水分，并在大气压下将固体卸出。滤机的壳体可分成五个小室以进行五种不同的操作-过滤/滤饼形成、置换洗涤、滤饼干燥、卸出滤饼以及漂洗滤布。能以0.5至2.0rpm的速度范围旋转的滤鼓被分隔成20个滤池。在滤鼓上的总滤布面积约为1.3英尺2。当滤机分别以0.5、1.0和2.0rpm旋转时，浆液过滤的流率相应地约为360、720和1440英磅/小时。
当滤机在连续运行时，所有的操作-过滤/滤饼形成、置换洗涤、滤饼干燥/卸料，以及漂洗滤布，皆同时进行。这些操作通过描述一个滤池所经历的过程来加以解释。
所说滤池旋转进入过滤/滤饼形成室。含有约45%PTA固体和约1，000ppmw对甲苯甲酸的进料浆液在约60psig压力下被连续地泵入该室。当滤池旋转经过该室时，固体在滤布上积累达到1英寸滤饼厚度。母液通过滤布进入滤机的一个内管。在此内管中母液所受的压力范围从约30至约50psig。这些母液被送往对甲苯甲酸的回收设备和/或废水处理设备。
现在含有形成滤饼的滤池离开过滤/滤饼形成室并旋转入置换室。清水在约60psig的压力和约149℃的温度下被连续地泵入该室。用于清水的温度范围约为82℃-149℃。这些清水通过置换洗涤的作用，有效地从滤饼中除去对甲苯甲酸。已经通过了滤饼的洗涤水现在处于约30-50psig的压力下。这些水被分别地从母液中收集起来并被用于PTA工艺的其他工序。
在滤池中经过洗涤的滤饼离开置换洗涤室并进入滤饼干燥室。被压缩的惰性气体以约60psig的压力被连续的送入干燥室以除去滤饼的过剩水分。
然后滤池从干燥室旋转入滤饼卸料室。与其他所述各室的情况相反，该室在环境压力下操作。由于从滤饼干燥室至滤饼卸料室之间的压力降，使得某些额外的水分从滤饼中闪蒸出去。然后滤饼从滤机中卸料，对于滤机速度分别为约0.5、1.0或2.0rpm的情况，其卸料流率相应约为190、380或760磅/小时。最后的滤饼所具有的对甲苯甲酸的浓度(以干滤饼计)为200ppmw或更低。
在卸出滤饼以后，该滤池在滤布清洗室中用水清洗以除去任何微量的未卸出的滤饼。然后该滤池进入过滤/滤饼形成室并重复上述程序。
有关实验的数据列于表1中。洗涤比例是指用于置换洗涤滤饼中的对甲苯甲酸而使用的清水的数量，以对滤饼流率的比例测量表示。吹气比例是指在卸料前用于干燥滤饼而使用的压缩惰性气体的量，以对滤饼流率的比例测量表示。
表1
实施例8下列实施例解释使用带式滤机的本发明的方法。
把含有48%结晶的PTA固体和母液的浆液加入一个压力带式滤机中，该机运行时的流速为780磅/小时，压力为90psig，温度为166℃。该带式滤机分三段操作-固体与母液分离、置换洗涤，以及干燥。
把浆液加到带子的第一段中，在此段中固体与母液分离开。固体在带子上形成一段连续的3英寸厚的滤饼。母液滤液通过滤布过滤，然后被泵到对甲苯甲酸回收设备和/或废液处理设备。
然后该连续的滤饼被运送到置换洗涤区。该洗涤区也在90psig和166℃下工作。在此区中，清水被加到滤饼上，加水的流速能维持液面高于滤饼。
在经过置换洗涤区之后，连续的滤饼就进入了滤饼干燥区。把过剩的水从滤饼中排出并通入惰性气体以进一步除去水分。该区域也在90psig和166℃下工作。
现在只含200ppmw或更少量(按干料基础计)对甲苯甲酸的干滤饼被从带子上取下并送入一个减压装置，例如一个密封的螺旋输送器或一系列回转阀。现在把已处于大气压力下的PTA滤饼送入一个常压干燥器。
权利要求
1.一种用于制备纯对苯二甲酸的方法，该对苯二甲酸所含的对甲苯甲酸的浓度等于或少于200ppmw，该方法包括(a)把一种含水浆液导入一个或一系列处于过滤区的滤池中，该过滤区的温度范围从约38℃至约205℃，其系统压力从大气压至235psig，所说的含水浆液含有以结晶状态存在的纯对苯二甲酸和以水溶液状态以及和所说纯对苯二甲酸的晶体共结晶的状态存在的对甲苯甲酸，所说的滤池或滤池系列被固定于合适的位置上，当把所说的浆液加入每一个所说的滤池中时，在每一个滤池中就积累形成一个滤饼；(b)把含有所述滤饼的每一个所述滤池从所说的过滤区转入一个洗涤区；(c)把水液流通入每一个所说滤池中以便在每一个滤池中的所说滤饼上方形成一层预定量的水层，在该滤池中的所说水液流处于至少比所说系统压力高出0.5psig的压力梯度下和处于从约38℃至约205℃的温度范围内；(d)用水洗涤所说滤饼一段足够长的时间，以把对甲苯甲酸的浓度降低至等于或小于200ppmw；(e)将每一个所述含有经洗涤滤饼的滤池送到一个压力释放区，在此区中，所说的系统压力被释放到大气压至约90psig，以使所说滤饼的温度降低至等于或小于166℃；以及(f)将含有纯对苯二甲酸的所说经洗涤的滤饼从每一个所说滤池中卸出，在此滤饼中，对甲苯甲酸在所说纯对苯二甲酸中的浓度等于或小于200ppmw。
2.如权利要求1的方法，其中所说的滤饼至少有0.5英寸厚。
3.如权利要求1的方法，其中在所说滤饼上面的预定量水层至少有0.25英寸厚。
4.如权利要求1的方法，其中所说用于洗涤所说滤饼的水被作为洗涤水回收并被再循环至上游的粗对苯二甲酸的浆液中或被排放入废水处理设备。
5.如权利要求1的方法，其中所说水液流所处的压力在高于所说系统压力约0.5psig至约65psig的范围内。
6.如权利要求1的方法，其中所说水液流所处的压力在高于所说系统压力约5psig至约65psig的范围内。
7.如权利要求1的方法，其中所说滤饼的厚度在约0.5英寸至约8英寸的范围内。
8.如权利要求1的方法，其中所说滤饼的厚度在约1英寸至约4英寸的范围内。
9.如权利要求1的方法，其中所说滤饼的厚度在约2英寸至约4英寸的范围内。
10.如权利要求1的方法，其中所说的系统压力在约0.5psig至约110psig的范围内。
11.如权利要求1的方法，其中所说的系统压力在约40psig至约65psig的范围内。
12.如权利要求1的方法，其中所说水液流的温度在约100℃至约205℃的范围内。
全文摘要
公开了一种用于制备只含200ppmw或更少对甲苯甲酸的纯对苯二甲酸的方法。该方法是在高出系统压力约0.5psig或更高的压力下和在约100℃至约205℃的温度范围内，过滤一种含有对甲苯甲酸溶液的纯对苯二甲酸的含水浆液，以此制备出一种纯对苯二甲酸的滤饼。在高出系统压力的一种压力梯度下和在约100℃至约205℃的温度范围内用水从滤饼中置换出保留在纯对苯二甲酸滤饼中的对甲苯甲酸水溶液。采用释放系统压力至较低压力并伴随使温度降至较低温度的方法对保留在滤饼中的水分进行压力闪蒸处理。
文档编号C07C63/26GK1066841SQ9210368
公开日1992年12月9日 申请日期1992年4月11日 优先权日1991年4月12日
发明者D·J·施特赖希, D·J·格拉齐亚诺, S·K·席勒, R·J·格林 申请人:阿莫科公司
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