Способ этерификации терефталевой кислоты бутандиолом, способ и устройство для получения полибутилентерефталата и реактор этерификации

Номер патента: 15340

Опубликовано: 30.06.2011

Авторы: Райзен Михель, Вильхельм Фритц

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ непрерывной этерификации терефталевой кислоты 1,4-бутандиолом, отличающийся тем, что терефталевую кислоту и 1,4-бутандиол приводят во взаимодействие при двухстадийном изобарном проведении реакции, которую осуществляют в первой перемешиваемой реакционной зоне и второй неперемешиваемой инерционной зоне.

2. Способ по п.1, при котором продукт реакции этерификации имеет конверсию по кислоте в расчете на терефталевую кислоту выше 98%.

3. Способ по п.1 или 2, при котором продукт реакции этерификации имеет среднюю степень поликонденсации более 3.

4. Способ по одному из пп.1-3, при котором время реакции во второй реакционной зоне - неперемешиваемой инерционной зоне - составляет по меньшей мере 5% от общего времени реакции этерификации.

5. Способ по одному из пп.1-4, при котором среднее время этерификации составляет менее 2,5 ч.

6. Способ по одному из пп.1-5, при котором используют катализатор этерификации в виде диольного раствора.

7. Способ по п.6, при котором катализатор этерификации является катализатором на основе титана.

8. Способ непрерывного получения полибутилентерефталата, включающий реакционные стадии этерификации, предконденсации и поликонденсации, причем этерификацию осуществляют способом по одному из пп.1-7.

9. Способ по п.8, при котором общее количество катализатора, необходимое для получения полибутилентерефталата, подают на стадии этерификации.

10. Способ по п.8 или 9, при котором неперемешиваемая инерционная зона этерификации переходит непосредственно в неперемешиваемую приемную зону предконденсации.

11. Способ по одному из пп.8-10, при котором давление на стадии предконденсации меньше давления на стадии этерификации и давление на стадии поликонденсации меньше давления на стадии предконденсации.

12. Способ по одному из пп.8-11, при котором давление на стадии предконденсации составляет меньше 50 мбар.

13. Способ по одному из пп.8-12, где температура на стадии предконденсации равна или меньше температуры стадии поликонденсации.

14. Способ по одному из пп.8-13, где поликонденсацию проводят в реакторе с дисковой мешалкой.

15. Реактор этерификации для осуществления способа по одному из пп.1-7, который включает резервуар с перемешиванием и неперемешиваемую инерционную зону, выполненную в виде наружного радиального кольцевого канала, расположенного вокруг резервуара с перемешиванием.

16. Реактор по п.15, где инерционная зона и резервуар с перемешиванием имеют общее паровое пространство.

17. Реактор по п.15 или 16, где кольцевой канал имеет глубину от 300 до 700 мм.

18. Устройство для получения полибутилентерефталата, включающее по меньшей мере один реактор этерификации, по меньшей мере один реактор предконденсации и по меньшей мере один реактор поликонденсации, причем по меньшей мере один реактор этерификации выбран из реакторов по одному из пп.15-17.

19. Устройство по п.18, где по меньшей мере один реактор поликонденсации является реактором с дисковой мешалкой.

Текст

Смотреть все

СПОСОБ ЭТЕРИФИКАЦИИ ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ БУТАНДИОЛОМ,СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИБУТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА И РЕАКТОР ЭТЕРИФИКАЦИИ(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЛУРГИ ЦИММЕР ГМБХ (DE) Настоящее изобретение относится к улучшенному способу этерификации терефталевой кислоты 1,4-бутандиолом, улучшенному способу получения полибутилентерефталата, а также к реакторам и устройствам, подходящим для применения в этом способе. 015340 Настоящее изобретение относится к способу этерификации терефталевой кислоты бутандиолом, к способу получения полибутилентерефталата, также к устройству, подходящему для этого способа. Получение полибутилентерефталата (ПБТ) из терефталевой кислоты (ТФК) и 1,4-бутандиола (БД) известно из уровня техники. Получение ПБТ согласно уровню техники осуществляется обычно в трехстадийном непрерывном процессе. При этом на первой реакционной стадии, так называемой стадии этерификации, ТФК этерифицируют БД и параллельно образующимися гидроксибутильными группами. Затем продукт этерификации на второй реакционной стадии, так называемой стадии предварительной поликонденсации, подвергают первой поликонденсации. Наконец, на следующей, третьей стадии - стадии поликонденсации - проводится дальнейшая поликонденсация с получением окончательного продукта с вязкостью от средней до высокой. Такие способы известны, например, из документов US 6590062 В 2, а также US 6359106 B1. В описанном там способе на первой стадии этерификации ТФК приводят в реакцию с БД с образованием олигомерного продукта этерификации со среднечисленной степенью поликонденсации от 2 до 5. Затем проводится обычная дальнейшая обработка путем реакций конденсации. Похожие способы раскрываются также в американских работах US 4680376 и US 5015759. В этих публикациях сообщается, что конверсия ТФК на стадии этерификации, соответственно степень этерификации ТФК обычно составляет 95%. В этой связи в ЕР 0869141 А 1 описывается, что предпочтительно, если на стадии этерификации мольное отношение БД:ТФК держится на уровне от 1,1 до 1,6, при конверсиях по ТФК примерно 97%. Примеры в этой европейской патентной заявке также показывают, что при получении полибутилентерефталата олигомерные продукты образуются в реакторах этерификации уже на стадии этерификации. В документах US 4656241 и US 4780527 также описывается способ получения полибутилентерефталата, в котором используется относительно низкое мольное отношение БД:ТФК. Например, в US 4656241 описано, что мольное отношение составляет от 0,4 до 1,3. Что касается устройств, подходящих для получения полибутилентерефталата и, в частности, для стадии этерификации, в уровне техники описаны обычные реакторы, в частности аппараты смешения. Применение такого традиционного смесительного аппарата показано, например, в европейских патентных заявках ЕР 0431977 А 2 и ЕР 1189968 А 1. Похожие системы, которые описывают первую стадию этерификации как проходящую в аппарате смешения, раскрыты также в WO 01/00704 A1, WO 02/098947 А 1 и DE 10127146 А 1. Наконец, что касается проведения реакции на первой, не непрерывной реакционной стадии этерификации, в документе US 4346213 описывается, что важно, чтобы продукт реакции стадии этерификации еще содержал непрореагировавшую терефталевую кислоту, примерно от 10 до 30 вес.%, чтобы получить лучшие результаты полимеризации. В связи с известными непрерывными способами получения полибутилентерефталата в уровне техники раскрывается, что этерификация должна проводиться на стадиях перемешивания, благодаря чему можно получить продукт этерификации со средней степенью поликонденсации примерно от 2 до 5. При этом конверсия ТФК не должна быть слишком высокой, так как выгодным оказалось, чтобы в продукте этерификации оставалась еще непрореагировавшая ТФК, так как этим достигается улучшение результатов поликонденсации. Кроме того, в обсуждаемом выше уровне техники раскрывается, как в отношении реакции этерификации, так и в отношении реакции поликонденсации для получения полибутилентерефталата, что применяются катализаторы, в частности катализаторы на основе органических соединений титана. Типичными соединениями титана, подходящими для этой цели, являются алкилтитанаты, какие описаны, например, в международных выкладных описаниях изобретения к неакцептованной заявкеWO 01/00704 А 1 и WO 02/098947 A1. Однако недостатком традиционных способов получения полибутилентерефталата является то, что необходимые, сравнительно высокие количества катализатора приводят к тому, что конечный продукт полимеризации содержит относительно высокую долю нежелательных соединений, которые вводятся катализатором в продукт процесса. Кроме того, применяемые для поликонденсации катализаторы подвержены гидролизу, что неблагоприятно как для проведения реакции, так и для качества готового полимера. Из-за этих недостатков уровня техники при получении полибутилентерефталата могут возникнуть следующие проблемы: усиливающаяся желтая окраска конечного продукта (повышенное значение параметра b),посинение и посерение при превышении срока хранения,сниженное значение параметра L,тенденция к вторичному фотолитическому посерению поверхности продукта и сильное снижение степени белизны в УФ-свете,осаждение катализатора,помутнение полимера,опасность образования осадка при длительной работе,сниженная фильтруемость расплава продукта.-1 015340 Тем самым, перед настоящим изобретением стоит задача разработать улучшенный способ получения полибутилентерефталата, благодаря которому указанные выше проблемы по отдельности, частично или полностью преодолеваются. Краткое описание изобретения Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что новая реализация стадии этерификации позволяет указать улучшенный способ получения полибутилентерефталата. При этом существенное улучшение относится к способу проведения стадии этерификации. Новый и обладающий изобретательским уровнем способ этерификации для реакция ТФК с БД определен согласно изобретению в п.1 формулы. Предпочтительные варианты осуществления этого способа формулируются в пп.2-7. В п.8 характеризуется способ получения полибутилентерефталата согласно изобретению; пп.9-14 определяют предпочтительные формы осуществления этого способа. Наконец, пп.15-19 описывают устройства, подходящие для осуществления способа по изобретению. Краткое описание фигур Фиг. 1 показывает технологическую схему непрерывного процесса получения полибутилентерефталата в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 2-4 показывают предпочтительные варианты осуществления реактора согласно изобретению для стадии этерификации. Фиг. 5 показывает схематическое изображение реактора в соответствии с настоящим изобретением. Подробное описание изобретения Настоящее изобретение отличается, в частности, тем, что дается новый способ этерификации ТФК и БД. Этот новый способ отличается тем, что описанное в уровне техники проведение этерификации в аппарате смешения изменено так, что при этерификации после первой перемешиваемой зоны этерификации предусмотрена инерционная зона стадии этерификации, причем инерционная зона отличается тем,что реакционная смесь в этой зоне не перемешивается. Благодаря такому проведению реакции в инерционной зоне предотвращается или подавляется обратное смешение. Далее подробно описываются отдельные этапы этерификации согласно изобретению. Сначала готовятся необходимые для этерификации ТФК и БД компоненты, т.е., в частности, вышеописанные исходные вещества ТФК и БД, а также обычный катализатор, предпочтительно на основе титана. При этом катализатор предпочтительно готовят как раствор, предпочтительно в форме диольного раствора, в частности в качестве основного компонента растворителя предпочтителен 1,4-бутандиол. Исходные соединения ТФК и БД сначала могут быть переведены в пастообразное состояние при мольном отношении БД к ТФК от 1,0 до 1,8, причем вместе с возвращаемым в технологическую колонну 1,4 бутандиолом полное подводимое мольное отношение устанавливается на уровне от 2 до 4, предпочтительно от 2,8 до 3,8, особенно предпочтительно от 3,0 до 3,5. Эти исходные продукты, т.е. пастообразная смесь сырья, а также раствор катализатора, при необходимости вместе с рециркулирующим технологическим диолом могут затем подходящим и обычным образом подаваться в реактор для реакции этерификации. Согласно изобретению помимо основных компонентов на стадию этерификации могут вводиться также другие подходящие компоненты, если только они не влияют отрицательно на реакцию этерификации. В этой связи подходят, в частности, обычные добавки для желаемого конечного продукта, такие как стабилизаторы и т.п. или дополнительные компоненты, которые облегчают проведение реакции. Кроме того, согласно изобретению можно к вышеуказанным: исходным веществам ТФК и БД добавлять диольные компоненты и/или дикарбоновые кислоты, но все же основная часть исходных мономеров состоит из ТФК и БД. Путем добавления дополнительных диольных компонентов и/или дикарбоновых кислот можно получать смешанные продукты этерификации, из которых на более поздней конденсации можно будет получить сложный сополиэфир. Однако предпочтительно введение ТФК и БД как компонентов дикарбоновых кислот, соответственно диолов. Реакция этерификации согласно изобретению проводится предпочтительно при давлениях ниже атмосферного давления. Предпочтительны, в частности, давления менее 800 мбар, особенно предпочтительно от 350 до 600 мбар, еще более предпочтительно от 400 до 500 мбар. В соответствии с настоящим изобретением температура на реакции этерификации предпочтительно превышает 230 С, особенно предпочтительно составляет от 235 до 250 С, еще более предпочтительно от 239 до 246 С. Кроме того, согласно изобретению реакция этерификации предпочтительно регулируется так, чтобы средняя степень поликонденсации (Pn) была больше 3, еще более предпочтительно выше 3,5, особенно предпочтительно от 5 до 6. Конверсия ТФК предпочтительно составляет более 97,5%, еще более предпочтительно более 98%, особенно предпочтительно составляет от 99,0 до 99,7%. Среднее время пребывания (tR) исходных компонентов на реакции этерификации предпочтительно составляет менее 2,5 ч, еще более предпочтительно менее 2,3 ч, особенно предпочтительно составляет от 1,7 до 2,25 ч. Как уже указывалось выше, реакция этерификации в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что после первой перемешиваемой реакционной зоны предусмотрена инерционная зона без перемешивания. Применительно к указанному выше времени реакции (среднее время пребывания) предпочтительно, чтобы инерционная фаза составляла по меньшей мере 5% полного времени, предпочтительно от 7 до 15% полного времени этерификации, еще более предпочтительно от 8 до 14%.-2 015340 Согласно изобретению в непрерывном стационарном процессе предпочтительно, если изобарное двухстадийное проведение реакции осуществляется так, что после перемешиваемой реакционной зоны предусматривается инерционная зона без перемешивания. Согласно изобретению особенно предпочтительно, если в инерционной зоне, в которой не происходит никакого перемешивания, реализуется поршневое течение. Способ согласно изобретению предпочтительно можно проводить непрерывно, причем сначала исходные продукты подходящим образом (см., например, обе указанные выше международные заявки) вводятся в первую реакционную зону. Путем подходящего проведения процесса, которое специалисту в принципе известно, гарантируется, что введенные исходные компоненты после желаемого времени реакции будут выведены из реактора. Благодаря соответствующему расчету размеров реактора, включающего перемешиваемую первую реакционную зону, а также неперемешиваемую инерционную зону, обеспечивается, кроме того, выгодное, согласно изобретению, распределение времени пребывания между перемешиваемой реакционной зоной и неперемешиваемой инерционной зоной. Особенно предпочтительно в этой связи, если инерционная зона составляет по меньшей мере 5 об.% полного объема, имеющегося для реакции этерификации, в частности составляет от 7 до 15 об.% и еще более предпочтительно от 8 до 14 об.% полного реакционного объема. Что касается проведения реакции в инерционной зоне, существенно, чтобы здесь больше не происходило никакого перемешивания, так что обратное смешение по мере возможности исключается. Этим согласно изобретению можно достичь очень высокой конверсии ТФК. Кроме того, при этом может иметь место дополнительный ввод БД. Подходящие количества БД для такого введения в инерционную зону составляют в расчете на первоначально введенную ТФК до 10 мол.%. Кроме того, предпочтительно, если в инерционной зоне из реакционной смеси удаляются летучие компоненты, в частности вода и при необходимости БД. Здесь предпочтительно уменьшение испаряемых составляющих продукта, в частности воды и БД, примерно на 30-60% от концентрации в перемешиваемой реакционной зоне. Для этого можно также повысить температуру реакции в инерционной фазе по сравнению с перемешиваемой реакционной фазой. Согласно изобретению благодаря стадии этерификации в соответствии с настоящим изобретением из ТФК и БД получается гомогенный продукт этерификации, с конверсией ТФК выше 98%, при средней степени поликонденсации выше 3. Предпочтительные формы реализации, обсуждаемые выше в связи с проведением реакции, в частности в отношении конверсии по ТФК и степени полимеризации, справедливы и для продукта, получаемого в конце реакции этерификации. Согласно изобретению благодаря однородности и отсутствию газов в продукте этерификации достигается стабильное регулирование расхода и стационарный расход во всем непрерывном процессе. Этот продукт может применяться, в частности, для получения полибутилентерефталата, предпочтительно в соответствии с обычным проведением процесса, какое описано выше в связи с уровнем техники. Такое традиционное проведение реакции включает после стадии этерификации еще первую и вторую стадию конденсации, так называемые предконденсацию и поликонденсацию. Согласно изобретению в этой связи предпочтительно, если давление на следующих стадиях конденсации будет еще больше снижено, причем на первой стадии конденсации (предконденсации) предпочтительно удерживается давление от 5 до 50 мбар, особенно предпочтительно от 10 до 25 мбар. Для заключительной второй стадии конденсации (поликонденсация) давление снижается предпочтительно до 0,5-2,0 мбар, особенно предпочтительно до 0,7-1,3 мбар. Что касается реакционных температур, подходят обычные технологические параметры. Однако предпочтительно температура при предконденсации составляет от 235 до 245 С, еще более предпочтительно от 238 до 242 С, а температура при поликонденсации составляет от 240 до 250 С, еще более предпочтительно от 242 до 248 С. Среднее время пребывания на предконденсации предпочтительно составляет от 30 до 70 мин, еще более предпочтительно от 40 до 60 мин и для поликонденсации от 100 до 170 мин, еще более предпочтительно от 120 до 150 мин. Предконденсация и поликонденсация могут подходящим образом проводиться в обычных реакторах. Такие реакторы специалисту известны и, например, для предконденсации описаны в WO 2004/033526 иDE 102004053199. Согласно изобретению в этой связи особенно предпочтительно, если к инерционной зоне этерификации примыкает также неперемешиваемая приемная зона предконденсации. Пребывание в этой приемной зоне предпочтительно занимает по меньшей мере 25%, предпочтительно от 35 до 65% времени предварительной поликонденсации. Согласно изобретению таким образом можно получить полибутилентерефталат с хорошим выходом и удовлетворительным временем реакции. Неожиданно оказалось, что при особом проведении реакции этерификации заметно уменьшается количество катализатора, в частности титанового катализатора,необходимого для всей реакции. Это также смягчает обсужденные выше проблемы, возникающие в связи с использованием катализатора. Так, в частности, можно повысить производительность и упростить проведение процесса. Например, благодаря сниженной потребности в катализаторе срок службы фильтра повышается более чем на 50%. Кроме того, из-за пониженной потребности в катализаторе снижаются-3 015340 расходы на получение полибутилентерефталата. Обусловленное катализатором снижение качества, такое как недостаток окраски и фотолитическое посерение, согласно изобретению также уменьшается. Подобного улучшения результатов реакции нельзя ожидать, исходя из информации, имеющейся в уровне техники. Согласно изобретению особенно предпочтительно, если полное количество катализатора, необходимое для получения полибутилентерефталата, подается уже на стадию этерификации. Это упрощает, в частности, также аппаратурные затраты, а также затраты, связанные с проведением процесса на следующих стадиях предконденсации и поликонденсации. Как уже было указано выше, благодаря проведению первой стадии процесса в соответствии с изобретением можно заметно уменьшить полную потребность в катализаторе для получения полибутилентерефталата. Согласно изобретению было установлено, что потребность в катализаторе снижается с повышением конверсии ТФК, соответственно при понижением доли остаточной кислоты s=100-. Благодаря сниженному использованию катализатора происходит уменьшение показателя желтизны b и повышение степени белизны полученных полимерных продуктов. Компоненты катализатора, которые согласно изобретению вводятся в реакцию предпочтительно в форме диольного раствора, предпочтительно включают дополнительные стабилизирующие компоненты. В частности, предпочтительна стабилизация раствора катализатора с помощью ТФК. Далее с обращением к фиг. 1 будет описан один соответствующий изобретению способ получения полибутилентерефталата. В аппарат (1) смешения подводятся ТФК по линии (2) и БД по линии (3) и смешиваются до пасты,которая по линии (4) вводится в покрытый нагревательной рубашкой (5) и оборудованный дополнительным нагревательным элементом (6) реактор (7) смешения для этерификации. При этерификации образуются смесь жидких олигомеров БД и пар, причем последний включает в основном воду, БД и тетрагидрофуран (ТГФ). Этерификация в реакторе (7) смешения проходит в присутствии раствора катализатора,подводимого по линии (8). Образующийся в реакторе (7) смешения пар выходит из реактора (7) смешения по линии (9) и подается в перегонную колонну (10), в которой вода и ТГФ отделяются сверху. Головной продукт перегонной колонны (10) по линии (11) проводится на холодильник (12), из которого конденсат по линии (13) выходит на обратный распределитель (14). Из обратного распределителя (14) вода и ТГФ отбираются по линии (15) и возвращаются обратно по линии (16) в голову перегонной колонны (10). Снизу перегонной колонны по линии (17) отбирается смесь, состоящая преимущественно из бутандиола. По линии (18) к текущей в линии (17) смеси добавляется алкилтитанат, благодаря чему образуется желаемый состав раствора катализатора. Смесь протекает через участок смешения (19), и затем по линии (8) готовый раствор катализатора доходит до реактора (7) смешения. Раствор катализатора может также полностью или частично подаваться через линию (20) в аппарат (1) смешения, и/или подаваться через линию (21) в линию (4) потока пасты, и/или через линию (22) по передающей линии (23) в реактор (24) предконденсации продукта этерификации, образованного в реакторе (7) смешения. Реактор (24) имеет нагревательную рубашку (25) и дополнительный нагревательный элемент (26). По линии (27) образованный в реакторе (24) предконденсат подается в реактор (28) поликонденсации. Образованный ПБТ откачивается по линии (29). Образованный пар отсасывается из реактора (24) по линии (30) и из реактора(28) по линии (31). Согласно изобретению реактор (7) дополнительно к указанной перемешиваемой реакционной зоне включает неперемешиваемую инерционную зону. Примеры таких реакторов показаны на фиг. 2-4. Проведение реакции в соответствии с изобретением позволяет, с включением неперемешиваемой инерционной зоны на стадии этерификации, снизит потребление катализатора. При этом благодаря проведению процесса в соответствии с изобретением достигается высокая конверсия по ТФК, которая лежит заметно выше конверсии, подходящей согласно уровню техники. Неожиданно, согласно изобретению оказалось, что получение очень высокой конверсии ТФК в конце стадии этерификации не является вредным. Высокая конверсия ТФК в комбинации с соблюдаемым в соответствии с изобретением мольным отношением БД к ТФК обеспечивает стабилизацию и при необходимости реактивацию фракций катализатора, которые в уровне техники из-за гидролиза превращаются во вредные продукты распада. Благодаря проведению процесса согласно изобретению можно, в частности, в инерционной зоне стадии этерификации и в приемной зоне предконденсации получить реактивацию каталитических компонентов, так как можно избежать стадии окисления металла катализатора и предотвратить образование склонных к осаждению гидроксидов. В этой связи выгодно, в частности, дальнейшее удаление летучих компонентов в инерционной зоне, так как при пониженном содержании воды в смеси этерификации и повышенном мольном отношении БД к воде наблюдается пониженная склонность катализатора к гидролизу. Реактор по изобретению для проведения вышеописанной реакции этерификации включает реактор этерификации с вертикальной осью аппарата, с нагревательной рубашкой, центральной входной камерой с отдельными соединительными элементами для введения сырья в виде пасты и катализатора как диольного раствора, с коаксиальной мешалкой для диспергирования сырья и погружным нагревательным регистором для передачи необходимого для процесса тепла. Кроме того, реактор согласно изобретению содержит инерционную зону, предпочтительно периферическую выходную камеру, в частности, подхо-4 015340 дящую для дорастворения твердой ТФК из входной камеры и гомогенизации этерификационной смеси при течении почти без обратного перемешивания в изобарных условиях. Согласно изобретению подходящая инерционная зона реализуется, в частности, тем, что входная камера выше нагревательного регистра окружена расширяющимся по радиусу, открытым сверху внутренним резервуаром и инерционная зона между внутренним резервуаром и наружной обогреваемой стенкой резервуара выполнена как кольцевой канал с открытым сверху соединением со всем паровым объемом. Глубина канала для инерционной зоны составляет предпочтительно менее 800 мм, еще более предпочтительно 700 мм или меньше и особенно предпочтительно от 350 до 700 мм. На фиг. 2 показан реактор этерификации по изобретению. Этот реактор включает испаритель Роберта (RV) и снизу движущийся по радиусу механизм перемешивания (RO). Выше испарителя реакционный объем расширяется как конус до цилиндрической верхней области (ZK). Расширяющийся радиально внутренний резервуар, состоящий сначала из конуса (выше находящегося ниже конуса наружного реактора) и краевого цилиндрического борта у конца наружного конуса, разделяет реактор на внутреннюю,центральную входную камеру (ЕК) и наружную выходную камеру (NK) в форме скошенного со стороны конуса кольцевого канала с цилиндрическим, открытым сверху зазором для дегазации у стенки реактора. Стенки, соприкасающиеся с продуктом, окружены наружной нагревательной рубашкой. Внутренняя область вместе с движущимся снизу по радиусу смесительным элементом образует пространство для перемешиваемой зоны этерификации, а выходная камера представляет собой неперемешиваемую инерционную зону. На фиг. 3 показана альтернативная идея, когда верхняя опорная плита (ОВР) испарителя в пределах радиального расширения реакторного объема одновременно образует нижнюю стенку, ограничивающую наружную инерционную зону. От этой опорной плиты идет сначала конический, а затем цилиндрический внутренний резервуар, который делит реакционный объем на центральную внутреннюю камеру и наружную, стыкующуюся с ней выходную камеру. Пропеллерная мешалка (RO) в вертикальной трубе нагревательного регистра служит для переворачивания продукта и улучшения распределения сырья в первой зоне. Наконец, фиг. 4 показывает следующую, измененную идею реактора с грушевидным реакторным аппаратом и с опущенным в сужающееся нижнее пространство реактора нагревательным регистром с отдельной рубашкой и с выпуклой снизу опорной плитой. Между нижней рубашкой аппарата и рубашкой регистра находится свободный зазор для наружного нисходящего течения продукта, соответствующего восходящему течению в вертикальной трубе нагревателя. Идущая вверх мешалка (RO) выше верхней трубной решетки служит для прямого перемешивания и диспергирования сырья, подаваемого сверху в центральную входную камеру. Разделение верхнего реакционного объема на центральную входную камеру (ЕК) и периферическую выходную камеру (NK) в форме наружного кольцевого канала выполнена похожей на структуру, уже описанную на фиг. 2. Кроме того, на фиг. 2-4 указан уровень заполнения. Ниже линии находится (жидкая) реакционная смесь, выше находится паровое пространство, в известных случаях вместе с небольшим количеством пены. Наконец, фиг. 5 показывает схематический вид реактора в соответствии с настоящим изобретением,с находящейся внутри перемешиваемой реакционной зоной (GRZ) и находящейся снаружи инерционной зоной (NZ), а также центральным каналом (ZK), например, для ввода механизма перемешивания. Такой реактор этерификации может быть соединен с дополнительными известными устройствами для предконденсации и поликонденсации. Выше уже была описана особенно предпочтительная согласно изобретению аппаратурная концепция продления неперемешиваемой инерционной зоны этерификации в приемную зону предконденсации. Аппаратурная концепция стадии предварительной поликонденсации как последовательность по меньшей мере одного многоярусного основания и одного разгрузочного сборника уже описана в документе ЕР 1478677, который введен здесь ссылкой. При этом проточные каналы предпочтительно выполнены с самоопорожнением и без застойных зон, как описано в немецкой патентной заявке DE 10200438466.5. Эта заявка также включена сюда ссылкой. В качестве конечного реактора поликонденсации предконденсата могут применяться все известные специалисту типы реакторов, подходящие для этой цели, как, в частности, реакторы с дисковой мешалкой или реакторы с рамными мешалками, предпочтительно реакторы с дисковой мешалкой. Пример и сравнительный пример. Указанная в изобретении степень поликонденсации, которая описывается, например, в связи с этерификацией, может быть определена в соответствии со следующими моделями. Измеряется кислотное число (AN=acid number) в мг KOH на г отвешенного продукта этерификации. Непрореагировавшие концевые кислотные группы продукта, растворенного в диметилформамиде, определяют титрованием спиртового раствора KOH по разности с холостой пробой. Число омыления (SN=saponification number) также определяется в мг KOH на г отвешенного продукта этерификации. При этом продукт этерификации приводит в реакцию с кипящим, спиртовым раствором КОН, и оставшийся KOH определяют титриметрически.-5 015340 Так как отвешенный продукт этерификации содержит также свободный диол, воду и непрореагировавшие добавки, нужно также определить их массовую долю (ADD). Число омыления соответствует полному использованному количеству концевых кислотных групп, а кислотное число представляет собой еще непрореагировавшие кислотные концевые группы. Отсюда конверсия ТФК получается как Степень поликонденсации, т.е. среднюю длину цепи продукта этерификации - ПБТ можно рассчитать через SN, AN и ADD по следующей формуле: Пример осуществления. В установке непрерывной поликонденсации со стадией этерификации (ES), похожей на показанную на фиг. 2, с предконденсацией (стадия предполиконденсации (РР, оборудованной входной камерой со временем пребывания 15 мин, и стадией поликонденсации, с реактором с дисковой мешалкой (DRR) были установлены следующие параметры. Этерификация проводилась при мольном отношении БД к ТФК в подаче, равном 3,3, время пребывания в инерционной зоне составляло 12 мин, глубина канала была 560 мм, количество используемого катализатора в конечном продукте составляло 60 ppm. На этерификации получалась конверсия 99,6% и степень поликонденсации 6, конечный продукт с характеристической вязкостью 0,95 имел цветовой параметр b, равный 1,2. В первой перемешиваемой зоне этерификации достигалась конверсия 97,9%. Установка была оборудована фильтром для преполимера, который в указанных условиях имел средний срок службы 5-6 недель. Сравнительный пример. На той же установке, но без инерционной зоны на стадии этерификации, работали при следующих параметрах. Мольное отношение в подаче составляло 2,9, а количество используемого катализатора составляло 90 ppm. На этерификации получалась конверсия 97,8% при степени поликонденсации 4,7, конечный продукт имел характеристическую вязкость 0,93 при цветовом параметре b, равном 3. Ожидаемый срок службы фильтра в этом случае составлял всего 3-4 недели. Лабораторные испытания в простом аппарате смешения со временем пребывания от 60 до 90 мин,при температурах от 240 до 248 С и давлениях от 400 до 500 мбар давали конверсию, колеблющуюся от 95 до 98% даже при высоких концентрациях катализатора (от 120 до 250 ppm). Только путем высокой предварительной конверсии в перемешиваемой зоне, в сочетании с применением инерционной зоны можно было повысить выход до более 99%. При этом одновременно уменьшалось необходимое количество катализатора, окрашивание конечного продукта заметно улучшалось и увеличивался срок службы фильтра. Таким образом, эти примеры показывают, что описанные в изобретении преимущества могут быть осуществлены благодаря новым и отвечающим изобретательскому уровню техническим идеям настоящего патента. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ непрерывной этерификации терефталевой кислоты 1,4-бутандиолом, отличающийся тем,что терефталевую кислоту и 1,4-бутандиол приводят во взаимодействие при двухстадийном изобарном проведении реакции, которую осуществляют в первой перемешиваемой реакционной зоне и второй неперемешиваемой инерционной зоне. 2. Способ по п.1, при котором продукт реакции этерификации имеет конверсию по кислоте в расчете на терефталевую кислоту выше 98%. 3. Способ по п.1 или 2, при котором продукт реакции этерификации имеет среднюю степень поликонденсации более 3. 4. Способ по одному из пп.1-3, при котором время реакции во второй реакционной зоне - неперемешиваемой инерционной зоне - составляет по меньшей мере 5% от общего времени реакции этерификации. 5. Способ по одному из пп.1-4, при котором среднее время этерификации составляет менее 2,5 ч. 6. Способ по одному из пп.1-5, при котором используют катализатор этерификации в виде диольного раствора. 7. Способ по п.6, при котором катализатор этерификации является катализатором на основе титана. 8. Способ непрерывного получения полибутилентерефталата, включающий реакционные стадии этерификации, предконденсации и поликонденсации, причем этерификацию осуществляют способом по одному из пп.1-7. 9. Способ по п.8, при котором общее количество катализатора, необходимое для получения полибутилентерефталата, подают на стадии этерификации. 10. Способ по п.8 или 9, при котором неперемешиваемая инерционная зона этерификации переходит непосредственно в неперемешиваемую приемную зону предконденсации. 11. Способ по одному из пп.8-10, при котором давление на стадии предконденсации меньше давления на стадии этерификации и давление на стадии поликонденсации меньше давления на стадии предконденсации. 12. Способ по одному из пп.8-11, при котором давление на стадии предконденсации составляет меньше50 мбар. 13. Способ по одному из пп.8-12, где температура на стадии предконденсации равна или меньше температуры стадии поликонденсации. 14. Способ по одному из пп.8-13, где поликонденсацию проводят в реакторе с дисковой мешалкой. 15. Реактор этерификации для осуществления способа по одному из пп.1-7, который включает резервуар с перемешиванием и неперемешиваемую инерционную зону, выполненную в виде наружного радиального кольцевого канала, расположенного вокруг резервуара с перемешиванием. 16. Реактор по п.15, где инерционная зона и резервуар с перемешиванием имеют общее паровое пространство. 17. Реактор по п.15 или 16, где кольцевой канал имеет глубину от 300 до 700 мм. 18. Устройство для получения полибутилентерефталата, включающее по меньшей мере один реактор этерификации, по меньшей мере один реактор предконденсации и по меньшей мере один реактор поликонденсации, причем по меньшей мере один реактор этерификации выбран из реакторов по одному из пп.15-17. 19. Устройство по п.18, где по меньшей мере один реактор поликонденсации является реактором с дисковой мешалкой.

МПК / Метки

МПК: C08G 63/183, B01J 19/18, C08G 63/85, C08G 63/78

Метки: кислоты, устройство, полибутилентерефталата, этерификации, реактор, бутандиолом, способ, получения, терефталевой

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/10-15340-sposob-eterifikacii-tereftalevojj-kisloty-butandiolom-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-polucheniya-polibutilentereftalata-i-reaktor-eterifikacii.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ этерификации терефталевой кислоты бутандиолом, способ и устройство для получения полибутилентерефталата и реактор этерификации</a>

Похожие патенты