DE2416457C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufarbeitung von Phthalsäureanhydrid-Destillationssümpfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Phthalsäureanhydrid-Destillationssümpfen unter Gewinnung von granulierten Rückständen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Hierdurch werden die schwer flüchtigen Rückstände in eine feste Form gebracht, die leicht zu handhaben ist, wobei jede Verunreinigung von Gewässern und Gelände, in die diese Abfallprodukte abgeführt bzw. auf denen sie . gelagert werden, vermieden wird.

Nach seiner Kondensation aus den aus den Oxydationsreaktoren austretenden Gasen wird das rohe Phthalsäureanhydrid im allgemeinen, gegebenenfalls nach einer Alterungsphase, zwei aufeinanderfolgenden Destillationen unterworfen. Hiervon dient eine Destillation zur Abtrennung der die Verunreinigungen enthaltenden leichten Fraktionen und die andere zur Abtrennung des im wesentlichen reinen Phthalsäureanhydrids. Die Rückstände, die die schwer flüchtigen Produkte enthalten, verlassen den Kocher der zweiten Kolonne zusammen mit einem wesentlichen Anteil an Phthalsäureanhydrid. Dieses Gemisch hat die Form einer in der Wärme leicht viskosen Flüssigkeit. Die Abtrennung des restlichen Anhydrids ist schwierig, während die Beseitigung der Abfallprodukte eine Ursache der Umweltverschmutzung und ihre Handhabung aufgrund ihres physikalischen Zustandes, gleichgültig, unter weichen Bedingungen die Kolonne betrieben wird, in jedem Fall unangenehm und schwierig ist.

Aus der DE-AS 17 68 817 ist ein Verfahren zur Reinigung von rohem Phthalsäureanhydrid durch Destillation bekannt, bei dem die Destillationssümpfe in einem weiteren Verdampfer erneut destilliert werden. Zur Beseitigung der dabei entstehenden trockenen Rückstände müssen die Verdampferflächen gekraut to werden. Die erhaltenen Rückstände sind nicht lagerstabil. Aus der DE-AS 12 52 197 ist ein Verfahren bekannt, bei dem man den Destillationsrückstand der Phthalsäureanhydrid-Destillation in einen Verdampfer gibt, aus dem das darin enthaltene Phthalsäureanhydrid verdampft und mit Hilfe eines Gasstroms über einen Zyklon zu Abscheidern geführt wird. Dieses Verfahren ist sehr umständlich, da die Abfallprodukte sowohl im Verdampfer als auch im Zyklon sowie im angeschlossenen Schlauchfilter anfallen, während das mit dem Trägergas fortgerissene Phthalsäureanhydrid in flüssiger Form an einer Stelle und in fester Form an weiteren Stellen abgeschieden wird. Dies bedeutet eine höchst aufwendige Apparatur und eine erhöhte Verstopfungsgefahr in den Leitungen durch Auskristallisieren des Phthalsäureanhydrids. Vor allem wird aber bei diesen bekannten Verfahren der abgetrennte Rückstand nicht aufgearbeitet, so daß das Problem der Rückstandsbeseitigung nicht gelöst ist. Andererseits wird nach dem Verfahren gemäß US-PS 23 33 368 zwar ein Phthalsäureanhydrid-Rückstand verarbeitet, jedoch sind dort die technische Aufgabenstellung, die Beschaffenheit des Ausgangs- und Endprodukts und die im einzelnen ergriffenen Maßnahmen andere als im erfindungsgemäßen Verfahren.

J5 Die aufgezeigten Schwierigkeiten werden durch die Erfindung gelöst. Sie betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Phthalsäureanhydrid-Destillatiorssümpfen unter Gewinnung von granulierten Rückständen, wobei man aus dem Bodenprodukt der Kolonne, in der das Phthalsäureanhydrid destilliert wird, eine solche Produktmenge abzieht, daß das Volumen des Bodenprodukts der Kolonne im wesentlichen konstant bleibt, dieses abgezogene Produkt einer Dünnschichtverdampfung unter vermindertem Druck unterwirft und die im wesentlichen aus Phthalsäureanhydrid-Dämpfen bestehende leichteste Fraktion in die Destillationsblase zurückführt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß man der Dünnschichtverdampfung das 50 bis 80 Gew.-% Phthalsäureanhydrid enthaltende Bodenprodukt zuführt,die schwer flüchtige Fraktion der Dünnschichtverdampfung auf einer eine ausreichende Viskosität gewährleistenden Temperatur hält, sie über ein barometrisches Fallrohr von kleinem Querschnitt führt und ihr beim Austritt aus.dem unteren Teil desselben Wasser aufsprüht, das Produkt in Wasser auffängt und die abgekühlten verfestigten Rückstände abtrennt.

Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die aus einer Destillationskolonne, einem Dünnschichtverdampfer bo und einer Auslegevorrichtung für die Rückstände besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Austragsvorrichtung aus einem beheizbaren senkrechten oder nahezu senkrechten Fallrohr besteht, das in einen Behälter mündet, von dem ein Überlaufrohr in „-) eine Kammer führt, die aus einem Wasser enthaltenden Behälter und einer Tauchglocke gebildet wird und in der sich Düsen zum Versprühen von Wasser befinden, sowie ein Leitungssystem zur Kreislaufführung des Wassers zu

den Sprühdüsen.

Die Entnahme einer angemessenen Menge von Budenprodukt aus der Kolonne erfolgt vorzugsweise kontinuierlich vom unteren Teil des Kochers. Es ist natürlich wichtig, daß die in der Zeiteinheit entnommenc Menge die Destillation nicht stört, so daß es notwendig ist. den Flüssigkeitsstand des Produkts im Kocher im wesentlichen konstant zu halten. Diese Entnahme kann auch diskontinuierlich erfolgen. Das abgezogene Produkt wird dann zunächst in einer Vorlage gesammelt und kontinuierlich in den Dünnschichtverdampfer geführt.

Das Bodenprodukt der Kolonne besteht aus den schwer flüchtigen Fraktionen des der Destillation unterworfenen Gemisches, enthält jedoch auch eine gewisse Menge Phthalsäureanhydrid. Die Aufgabe in die Kolonne erfolgt in einer bestimmten Höhe. Der größte Teil des Phthalsäureanhydrids geht zum Kopf der Kolonne, während das Bodenprodukt im allgemeinen 50 bis 80 Gew.-% dieser Verbindung enthält. Hierdurch wird als Folge einer verhältnismäßig niedrigen Viskosität des heißen Gemisches das Umpumpen erleichtert.

Die wirksame Oberfläche des Dünnschichtverdampfers, in dem das Produkt beispielsweise durch einen Rotor mit Schaufeln verteilt wird, beträgt vorzugsweise 2,5 bis 10 m- pro Tronne des behandelten Bodenprodukts der Kolonne pro Stunde. Die Schicht hat eine Dicke von weniger als 5 mm. Natürlich kann die Oberfläche der Dünnschicht größer gehalten werden, jedoch wird der technische Aufwand hierdurch unnötig erhöht. Der Druck in diesem Verdampfer beträgt vorzugsweise 60 bis 300 Torr, und die Temperatur an seiner Innenfläche liegt bei 230° bis 280⁰C, d.h. etwas über der Siedetemperatur von Phthalsäureanhydrid unter dem herrschenden Druck.

Die schwer flüchtige Fraktion verläßt den Verdampfer durch Rohrleitungen und durch ein Flüssigkeitsreservoir, das als Flüssigkeitsverschluß dient. Von hier aus fließt der Flüssigkeitsstrom durch eine Leitung mit -in geringem Querschnitt in einen Behälter, der Wasser enthält, wobei er einen Raum durchquert, in dem Sprühdüsen Wasser bei einer Temperatur, die z. B. zwischen 0° und 100⁰C liegt, auf den Flüssigkeitsstrom sprühen.

Unter dem Einfluß der physikalischen und mechanischen Wirkungen des Wassers wird das Rückstandsprodukt hierbei in feste Körper umgewandelt, die sich auf dem Boden des Behälters absetzen. Die Wassermenge beträgt vorzugsweise mehr als 8 m' pro Stunde und Tonne Bodenprodukt. Die Zerstäubungsdüsen sind unter einer Glocke angeordnet, die am oberen Teil um das Zulaufrohr dicht an dessen unterem Ende angeschlossen ist und wenigstens 5 mm in das Wasser, das das Granulat aufnimmt, taucht. Diese Glocke » schließt somit einen von der Atmosphäre isolierten Raum ein, so daß keinerlei giftige oder korrodierende Dämpfe in die Atmosphäre gelangen können.

Das abgeschiedene Granulat mit einem mittleren äquivalenten Durchmesser von 1 bis 20 mm wird „u anschließend mit Schaufeln oder sonstigen mechanischen Mitteln aus dem Behälter entnommen und gelagert oder vernichtet. Es gibt in der Kälte keinerlei Geruch ab. Da es praktisch unlöslich in Wasser ist, wird jede Verunreinigung bei seiner Handhabung oder „-, Lagerung vermieden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Wasser in einen Behälter eingeführt und dann umgewälzt, wodurch jeder Austritt von Abwasser vermieden wird.

Das Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildung ausführlicher beschrieben. Diese Abbildung zeigt schematisch eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Aufarbeitung und Konditionierung von Destillationsrückständen von Phthalsäureanhydrid.

Das »geköpfte«, d. h. von leicht flüchtigen Bestandteilen destillativ befreite Phthalsäureanhydrid wird durch Leitung 1 in die Destillationskolonne 2 eingeführt, die auf einen Sumpfkocher 3 aufgesetzt ist, dessen Heizsystem bei 4 angedeutet ist. Das gereinigte Anhydrid wird über Kopf durch Leitung 5 abgeführt. Eine bestimmte Menge des Inhalts des Kochers wird am unteren Teil desselben abgezogen und durch die Leitung 6, in der eine Pumpe 7 angeordnet ist, dem Dünnschichtverdampfer 8 zugeführt, der durch einen (nicht dargestellten) Kreislauf eines Heizmediums beheizt wird. Die verdampfte leicht flüchtige Fraktion wird durch Leitung 9 wieder in den Sumpfkocher zurückgeführt. Die schwer flüchtige Fraktion gelangt durch Leitung 10 in den Behälter 11. Das Rohr 10 ragt in diesen Behälter bis unter die Mündung des Überlaufrohres 12. Die Leitung 10 verläuft im wesentlichen senkrecht, kann jedoch gegebenenfalls auch geneigt sein, um den Zusammenbau der Anlage zu erleichtern. Der Querschnitt dieser Leitung muß den Durchfluß der Rückstände ohne Stauung ermöglichen. Sie muß eine solche Länge haben, daß der Druck der in ihr enthaltenen Flüssigkeitssäule auf die Flüssigkeit im Behälter größer ist als die Differenz zwischen Atmosphärendruck und dem restlichen Druck im Verdampfer. Natürlich müssen der Querschnitt dieser Leitung und das maximale Volumen der Flüssigkeit über ihrem offenen Ende im Behälter so berechnet sein, daß diese Öffnung ständig eingetaucht ist. Die Einheiten 10, 11 und 12 erfüllen somit gegenüber dem Innenraum des Verdampfers 8 die Funktion eines barometrischen Verschlusses samt Fallrohr.

Die aus dem Verdampfer 8 austretende Flüssigkeit wird in den Leitungen 10 und 12 und im Behälter 11 bei einer solchen Temperatur gehalten, daß in ihr keine Dampfblasen gebildet werden und die Viskosität der Flüssigkeit ausreichend bleibt, d. h. bei einer Temperatur in der Größenordnung der im Verdampfer herrschenden Temperatur oder um weniger als 30⁰C darunter. Diese Temperatur wird durch einen diese Teile der Apparatur umgebenden (nicht dargestellten) Heizmantel aufrechterhalten.

In der Nähe des Endes der Leitung 12 ist an dieser eine zylindrisch-konische Glocke 13, beispielsweise aus Blech oder Kunststoff, befestigt.

Der aus Leitung 12 austretende Flüssigkeitsstrahl wird durch Wasser, das mit Hilfe von Düsen, die unter der Glocke 13 in einem solchen Abstand und mit einer solchen Ausrichtung angeordnet sind, daß die hierbei gebildeten Strahlen auf den Flüssigkeitsstrahl treffen, zum Erstarren gebracht und in Granulat umgewandelt. Das auf diese Weise zerteilte und erstarrte Material setzt sich am Boden des Behälters 15 ab. Das Wasser fließt aus diesem Behälter durch einen Überlauf 16, der mit dem Behälter in einer Höhe oberhalb des unteren Randes der Glocke verschweißt ist, in einen Behälter 17, aus dem es durch eine Unterwasserpumpe 18 durch die Leitung 19 und gegebenenfalls einen in die Leitung 19 eingeschalteten Wärmeaustauscher 20, der die Wassertemperatur auf 0° bis 85° C senkt, den Sprühdüsen zugeführt wird.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

In einer Destillationskolonne werden stündlich 3500 kg Phthalsäureanhydrid, das durch Oxidation von o-Xylol erhalten und vorher »geköpft« worden ist, unter einem Druck von 60 Torr am oberen Ende abdestilliert. Aus dem Sumpfkocher dieser Kolonne werden stündlich 105,4 kg Bodenprodukt abgezogen und in einen Dünnschichtverdampfer eingeführt, in dem der Druck 200 Torr beträgt, und der einen Innendurchmesser von 33,8 cm und eine wirksame Oberfläche von 1 m² hat. Im Verdampfer dreht sich ein Schaufelrad mit einer Geschwindigkeit von 750 UpM. Das Ende der Schaufeln streift mit einem Abstand von 5 mm über die Wände. Die Temperatur des Produkts, die am Eintritt 220⁰C beträgt, wird durch Umwälzen eines Heizmediums, dessen Austrittstemperatur 27O°C beträgt, in einem den Verdampfer umgebenden Mantel aufrechterhalten.

Die im wesentlichen aus Phthalsäureanhydrid bestehende niedrigsiedende Fraktion wird in den Sumpf zurückgeführt. Die nicht verdampften Produkte fließen am Boden des Verdampfers durch eine senkrechte Leitung von 33 mm Innendurchmesser und 9 m Länge oberhalb eines Reservoirs von 151 der gleichen Flüssigkeit, in die die Leitung taucht. Aus dem Reservoir fließt die Flüssigkeit in eine Überlaufleitung von 32 mm Innendurchmesser. Die beiden Leitungen 10 und 12 und der Behälter 11 werden bei einer Temperatur von 255 ± 5° C gehalten.

Auf die aus de-m Überlaufrohr austretende Flüssigkeit werden stündlich 3 m³ Wasser bei 20 bis 25°C mit Hilfe von 4 Düsen gesprüht, die im Abstand von 40 cm vom Ende der Leitung und in ihrer Höhe angeordnet sind. Eine zylindrisch-konische Glocke von 0,8 mm Durchmesser und 1,2 m Gesamthöhe ist so angeordnet, daß sie die Düsen umschließt. Ihr unterer Rand taucht 10 cm in einen Behälter, der 2 m^J Wasser enthält. Auf diese Weise werden in Form von Granulat einer mittleren Korngröße von 2 mm Durchmesser 28 kg Produkt isoliert, das aus 21 kg schwer flüchtigem Produkt und 7 kg Phthalsäureanhydrid besteht. Dies entspricht einem Verlust von Phthalsäureanhydrid, das zusammen mit den Rückständen ausgetragen worden ist, von weniger als 0,2 % der durch die Oxidation gebildeten Menge.

Beispiel 2

Einer gleichen Behandlung werden in der gleichen Apparatur die aus einem Reaktor für die Oxidation von

in Naphthalin austretenden Gase unterworfen. Das Phthalsäureanhydrid wird der Destillationskolonne in einer Menge von 3500 kg/Stunde zugeführt. Stündlich werden 280 kg Bodenprodukt der Kolonne abgezogen und in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise behandelt, wobei das Heizmedium mit einer Temperatur von 280°C aus dem Dünnschichtverdampfer austritt und der Zwischenbehälter 11 und seine Überlaufleitung 12 bei 267°C gehalten werden. Nach Beendigung des Versuchs werden 87,5 kg eines granulierten Produkts erhalten, das einen mittleren Teilchendurchmesser von 3,5 mm hat und 70 kg schwer flüchtige Rückstände enthält. Der Verlust an Phthalsäureanhydrid macht 0,5% des der Destillation unterworfenen rohen Produkts

aus.

Beispiel 3

In der gleichen Apparatur, aus der der Wärmeaustauscher des Wasserkreislaufs entfernt worden ist, werden die Rückstände einer Destillationskolonne behandelt.

der stündlich 3500 kg rohes geköpftes Phthalsäureanhydrid aus der Oxidation von o-Xylol zugeführt werden. In den Verdampfer werden stündlich 105,4 kg des Bodenprodukts der Kolonne eingeführt. Das Heizmedium tritt mit 275°C aus, und die Leitungen und der Austrittsbehälter werden bei 260⁰C gehalten. Der Kreislauf des versprühten Wassers, das in der in den vorangehenden Beispielen angegebenen Menge umgewälzt wird, regelt sich auf 92°C ein. Im Wasser werden 26,9 kg Rückstand aufgefangen, der 5,9 kg Phthalsäureanhydrid und 21 kg schwer flüchtiger Produkte enthält. Der Verlust an Phthalsäureanhydrid im Rückstand macht 0,17 % des behandelten rohen Produkts aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Phthalsäureanhydrid-Destillationssümpfen unter Gewinnung von granulierten Rückständen, wobei man aus dem Bodenprodukt der Kolonne, in der das Phthalsäureanhydrid destilliert wird, eine solche Produktmenge abzieht, daß das Volumen des Bodenprodukts der Kolonne im wesentlichen konstant bleibt, dieses abgezogene Produkt einer Dünnschichtverdampfung unter vermindertem Druck unterwirft und die im wesentlichen aus Phthalsäureanhydrid-Dämpfen bestehende leichteste Fraktion in die Destillationsblase rückführt, dadurch gekennzeichnet, daß man der Dünnschichtverdampfung das 50 bis 80 Gew.-% Phthalsäureanhydrid enthaltende Bodenprodukt zuführt, die schwer flüchtige Fraktion der Dünnschichtverdampfung auf einer eine ausreichende Viskosität gewährleistenden Temperatur hält, sie über ein barometrisches Fallrohr von kleinem Querschnitt führt und ihr beim Austritt aus dem unteren Teil desselben Wasser aufsprüht, das Produkt in Wasser auffängt und die abgekühlten verfestigten Rückstände abtrennt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Destillationskolonne, einem Dünnschichtverdampfer und einer Austragevorrichtung für die Rückstände, gekennzeichnet durch eine aus einem beheizbaren senkrechten oder nahezu senkrechten Fallrohr (10) bestehende Austragevorrichtung, wobei das Fallrohr in einen Behälter (11) mündet, von dem ein Übcrlaufrohr (12) in eine Kammer führt, die aus einem Wasser enthaltenden Behälter (15) und einer Tauchglocke (13) gebildet wird und in der sich Düsen (14) zum Versprühen von Wasser befinden, sowie ein Leitungssystem zur Kreislaufführung des Wassers zu den Sprühdüsen (14).