Способ получения гранулированного бисфенола а
Изобретение относится к способу производства гранул бисфенола А, включающему стадию разбрызгивания расплава бисфенола А из форсунки, расположенной в верхней части грануляционной колонны, и подачу потока охлаждающего газа снизу вверх от нижней части грануляционной колонны, причем способ удовлетворяет следующим условиям (a)-(c): a) диаметр соответствующих отверстий форсунки находится в интервале от 0,3 до 1,0 мм; b) скорость истечения расплава бисфенола А находится в интервале от 0,5 до 1,8 м/с; и c) скорость потока охлаждающего газа находится в интервале от 0,7 до 2,0 м/с. Изобретение позволяет обеспечить способ, который способен стабильно производить гранулы бисфенола А, имеющие однородный размер частиц, высокую текучесть, большую объемную плотность и высокую твердость. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу получения гранулированного бисфенола А [2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан] (далее иногда упоминаемый просто как «БФА»).
Настоящее изобретение более конкретно относится к способу, способному стабильно производить бисфенол А, предотвращая прилипание или осаждение БФА на дно грануляционной колонны и эффективно производя гранулированный продукт бисфенола А, т.е. гранулы бисфенола А, имеющие однородный размер частиц, высокую текучесть, большую объемную плотность и высокую твердость, заданием диаметра отверстия форсунки, скорости истечения расплава бисфенола А из форсунки, скорости течения охлаждающего газа, расстояния между отверстиями форсунки и т.д.
Уровень техники
Известно, что бисфенол А является важным соединением, служащим в качестве сырьевого материала конструкционных пластиков, таких как поликарбонатные смолы и полиаллилатные смолы, или эпоксидные смолы. В последние годы потребность в БФА имеет тенденцию к возрастанию.
БФА получают реакцией конденсации избыточного количества фенола и ацетона в присутствии кислотного катализатора и, если требуется, сокатализатора, такого как соединение серы.
Продукты БФА обычно имеют форму гранул или хлопьев, поскольку БФА имеет температуру плавления 157°С. Из этих продуктов гранулы являются предпочтительным продуктом с точки зрения их хорошей текучести.
Способ получения БФА обычно включает стадию гранулирования, в которой термически расплавленный БФА гранулируют в гранулированный продукт (гранулы).
На стадии гранулирования БФА формируют в капельки и затем охлаждают и отверждают, например, используя грануляционный аппарат, такой как распылительная сушилка, чтобы получить гранулы.
Если капельки БФА имеют большой размер на стадии гранулирования, температура гранул БФА имеет тенденцию к увеличению вследствие эффекта недостаточного охлаждения на стадии охлаждения и отверждения капелек.
Гранулированный БФА, произведенный таким образом, собирают в гибкий тарный мешок и т.д. для его транспортировки. Если гранулы БФА имеют высокую температуру, возникают проблемы безопасности при транспортировке.
Чтобы решить эти проблемы, применяют вторую стадию охлаждения для охлаждения гранул БФА до примерно 35°C, используя газовый охладитель, и т.д., что приводит к высоким затратам на оборудование.
Обычно гранулирование БФА проводили поддерживанием расплава БФА при температуре 200°C или ниже, регулированием глубины расплава БФА на выпуске из форсунки на уровне 300-2000 мм и установлением высоты грануляционной колонны по меньшей мере 10000 мм.
Однако обычные способы не способны точно установить скорость охлаждающего газа (например, ссылаются на заявку на патент Японии (Japanese Patent Application no. Showa 47 (1972)-8060)).
Также предложен способ, в котором для того чтобы снизить количество произведенных тонких частиц БФА, скорость Vg охлаждающего газа определяется таким образом, чтобы удовлетворять формуле: 0,1Vp<Vg<0,8Vp, где Vp - теоретическая конечная скорость капли, основанная на среднем размере частиц гранул БФА. Однако способ также не способен точно установить скорость истечения расплава БФА (например, ссылаются на заявку на патент Японии (Japanese Patent Application Laid-Open no. Heisei 6(1994)-107580)).
Далее предложен также способ гранулирования расплава БФА с применением вибрации. Однако способ требует применения вибрационного устройства (например, ссылаются на заявку на патент Японии (Japanese Patent Application no. 2002-302978)).
Также известен способ гранулирования нитрата аммония в условиях, в которых высота жидкости нитрата аммония 75 мм, диаметр отверстия форсунки 0,75-2 мм, расстояние между соседними отверстиями форсунки 5-20 мм, и скорость потока охлаждающего газа 0,3-1,2 м/с. Однако способ не способен точно установить интервал скорости истечения расплава нитрата аммония (например, ссылаются на заявку на патент Японии (Japanese Patent Application no. Showa 55 (1980)-22137)).
В дополнение предложен способ, в котором применяют заменимую форсунку, такую что гранулирование проводят, всегда поддерживая заливочное отверстие форсунки в чистых условиях заменой форсунки на новую. Однако для того чтобы гарантировать достаточную прочность корпуса и пластины форсунки, требуется увеличить расстояние между соседними отверстиями форсунки, что приводит к ухудшению производительности на единицу площади.
По этой причине вышеописанный способ имеет такой недостаток, что при одинаковом количестве производимых гранул должна быть применена грануляционная колонна большего диаметра (например, ссылаются на заявку на патент Японии (Japanese Patent Application no. Heisei 8 (1996)-4737)).
Описание изобретения
Задача, которую решает изобретение
При таких обстоятельствах цель изобретения - обеспечить способ, который способен стабильно производить бисфенол А, предотвращая прилипание или осаждение БФА на дно грануляционной колонны, чтобы таким образом снизить образование некондиционных продуктов вследствие прилипания или осаждения БФА и не использовать вибрационное устройство при гранулировании БФА, и эффективно производя гранулы бисфенола А, имеющие однородный размер частиц, высокую текучесть, большую объемную плотность и высокую твердость, заданием диаметра соответствующих отверстий форсунки, скорости истечения расплава бисфенола А из форсунки, скорости течения охлаждающего газа, расстояния между соседними отверстиями форсунки.
В результате обширных исследований в русле указанных задач авторы изобретения нашли, что вышеуказанная цель может быть достигнута заданием определенных величин диаметра соответствующих отверстий форсунки, скорости истечения расплава бисфенола А из форсунки и скорости течения охлаждающего газа при проведении гранулирования бисфенола А разбрызгиванием расплава бисфенола А из форсунки, расположенной в верхней части грануляционной колонны, и подачей потока охлаждающего газа снизу вверх от дна грануляционной колонны.
Настоящее изобретение выполнено на основе вышеуказанных данных.
Таким образом, изобретение обеспечивает: 1) способ производства гранул бисфенола А, включающий стадии разбрызгивания расплава бисфенола А из форсунки, расположенной в верхней части грануляционной колонны, и подачей потока охлаждающего газа снизу вверх от нижней части грануляционной колонны, причем способ удовлетворяет следующим условиям (а)-(с): а) диаметр соответствующих отверстий форсунки находится в интервале от 0,3 до 1,0 мм; b) скорость истечения расплава бисфенола А находится в интервале от 0,5 до 1,8 м/с; и с) скорость потока охлаждающего газа находится в интервале от 0,7 до 2,0 м/с; и 2) способ по варианту (1), в котором расстояние между соседними отверстиями форсунки находится в интервале от 5 до 12 мм.
Эффект изобретения
В соответствии с настоящим изобретением бисфенол А может быть стабильно произведен заданием определенных интервалов диаметра отверстия форсунки, скорости истечения расплава бисфенола А из форсунки и расстояния между соседними отверстиями форсунки, а прилипание и осаждение БФА на дно грануляционной колонны может быть предотвращено, таким образом давая возможность производить с высокой эффективностью гранулы бисфенола А, имеющие однородный размер частиц, высокую текучесть, большую объемную плотность и высокую твердость.
Далее, так как прилипание или осаждение БФА на дно грануляционной колонны может быть предотвращено, не требуется никакого способа для удаления прилипших материалов со дна грануляционной колонны сложными ударными операциями, таким образом гарантируя ее долговременную работу, а также достижение большей экономической выгоды.
Краткое описание чертежа
Чертеж - схема, показывающая пример грануляционного аппарата, применяемого в настоящем изобретении. Объяснение номеров ссылок: 1) грануляционная форсунка; 2) грануляционная колонна; 3) вход охлаждающего газа; 4) выпуск продуктов; 5) выпуск охлаждающего газа.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Бисфенол А, применяемый в настоящем изобретении, может быть произведен, например, способом, включающим стадии: (А) получения смешанного реакционного раствора реакцией конденсации избыточного количества фенола с ацетоном в присутствии кислотного катализатора; (В) концентрирования смешанного реакционного раствора; (С) кристаллизации и отделения аддукта бисфенола А и фенола из остаточного концентрированного раствора, полученного на стадии (В); (D) растворения аддукта бисфенола А и фенола, кристаллизованного и отделенного на стадии (С), в фенолсодержащем растворе; (Е) кристаллизации и отделения аддукта бисфенола А и фенола из раствора, полученного на стадии (D) и, если требуется, повторяя процедуру растворения аддукта в фенолсодержащем растворе с последующей кристаллизацией и отделением аддукта из раствора, получающегося в результате, один или больше раз; и (F) расплавления аддукта бисфенола А и фенола, кристаллизованного и отделенного на стадии (Е), и отгонки фенола из аддукта, получающегося в результате.
Стадия (А)
На стадии (А) способа получения бисфенола А избыточное количество фенола и ацетон подвергают реакции конденсации в присутствии кислотного катализатора, чтобы получить бисфенол А.
В качестве кислотного катализатора могут быть использованы ионообменные смолы кислотного типа.
Ионообменные смолы кислотного типа не ограничиваются конкретно и могут быть использованы ионообменные смолы кислотного типа, обычно применяемые в качестве катализатора получения бисфенола А. Из этих смол катионообменные смолы сульфокислотного типа предпочтительны, в частности, с точки зрения каталитической активности и т.д.
Катионообменные смолы сульфокислотного типа не ограничиваются конкретно, пока они являются сильнокислотными катионообменными смолами, имеющими сульфогруппу. Примеры катионообменных смол сульфокислотного типа включают сульфированные сополимеры стирол-дивинилбензола, сульфированные сшитые полимеры стирола, фенол-формальдегидные сульфокислотные смолы и бензол-формальдегидные сульфокислотные смолы.
Эти смолы могут применяться индивидуально или как комбинация двух или больше из них.
В вышеуказанном способе получения ионообменные смолы кислотного типа обычно могут применяться в комбинации с меркаптанами в качестве сокатализатора.
Меркаптанами являются соединения, содержащие свободную SH группу в молекуле. Примеры меркаптанов включают алкилмеркаптаны или алкилмеркаптаны, имеющие одну или больше замещающих групп, таких как карбоксил, амино и гидроксил, например, меркаптокарбоновые кислоты, аминоалкантиолы и меркаптоспирты.
Конкретные примеры таких меркаптанов включают алкилмеркаптаны, такие как метилмеркаптан, этилмеркаптан, н-бутилмеркаптан и н-октилмеркаптан, тиокарбоновые кислоты, такие как тиогликолевая кислота и β-меркаптопропионовая кислота, амминоалкантиолы, такие как 2-аминоэтантиол, и меркаптоспирты, такие как меркаптоэтанол. Из этих меркаптанов особенно предпочтительны алкилмеркаптаны из-за их хорошего эффекта как сокатализаторов.
Эти меркаптаны могут применяться индивидуально или как комбинация двух или больше из них.
Чтобы действовать как сокатализатор, эти меркаптаны могут быть закреплены на ионообменной смоле кислотного типа.
Количество применяемых меркаптанов обычно составляет от 0,1 до 20 мол.%, предпочтительно от 1 до 10 мол.% в расчете на сырой ацетон.
Применяемое отношение количеств фенола и ацетона не ограничивается конкретно, а количество непрореагировавшего ацетона является как можно более низким для более легкой очистки полученного бисфенола А и экономической выгоды. Следовательно, фенол обычно применяют в избытке относительно стехиометрического количества.
Фенол обычно применяют в количестве 3-30 моль, предпочтительно 5-15 моль на моль ацетона.
При получении бисфенола А растворитель обычно не требуется за исключением случаев, когда вязкость реакционного раствора слишком высока или когда реакцию проводят при низкой температуре, при которой становится трудно продолжать реакцию из-за нежелательного твердения.
Реакция конденсации фенола с ацетоном в вышеуказанном способе получения может быть проведена периодическим или непрерывным способом. Реакция конденсации преимущественно может быть проведена непрерывным способом реакции в неподвижном слое, в котором фенол, ацетон и меркаптаны (в том случае, когда меркаптаны не закреплены на ионообменной смоле кислотного типа) непрерывно подают в реакционную колонну, наполненную ионообменной смолой кислотного типа.
В непрерывном способе реакции в неподвижном слое может быть использована одна, две или больше реакционных колонн. В частности, с промышленной точки зрения предпочтительно применять многостадийный непрерывный способ реакции в неподвижном слое с применением двух или больше реакционных колонн, которые наполнены ионообменной смолой кислотного типа и соединены последовательно друг с другом.
Реакционные условия непрерывного способа реакции в неподвижном слое объясняются ниже.
Первое, мольное отношение ацетон/фенол обычно составляет от 1/30 до 1/3, предпочтительно от 1/15 до 1/5.
Если мольное отношение ацетон/фенол меньше 1/30, скорость реакции становится слишком медленной. Если мольное отношение ацетон/фенол больше 1/3, количество образующихся примесей увеличивается, и селективность по бисфенолу А снижается.
С другой стороны, в случае, когда меркаптаны не закреплены на ионообменной смоле кислотного типа, мольное отношение меркаптаны/ацетон обычно составляет от 0,1/100 до 20/100.
Если мольное отношение меркатаны/ацетон меньше 0,1/100, скорость реакции и селективность по бисфенолу А не способны достаточно улучшаться. Даже если мольное отношение меркатаны/ацетон больше 20/100, эффекта, соответствующего применению такого большого количества меркатанов, не достигается.
Температура реакции обычно составляет от 40 до 150°C, предпочтительно 60-110°C. Если реакционная температура ниже 40°C, скорость реакции становится слишком медленной, а вязкость реакционного раствора становится слишком высокой, приводя к его нежелательному твердению в некоторых случаях. Если температура реакции превышает 150°C, может быть трудно контролировать реакцию соответствующим образом, селективность по бисфенолу А (п,п'-изомер) снижается, а ионообменная смола кислотного типа имеет тенденцию разрушаться и дезактивироваться. Далее, объемная часовая скорость сырьевой смеси обычно составляет от 0,2 до 30 ч-1, предпочтительно от 0,5 до 10 ч-1.
В вышеуказанном способе получения полученный смешанный реакционный раствор сначала предпочтительно фильтруют с применением фильтра.
Таким образом, фильтрованием раствора бисфенола А на фильтре удаляются посторонние вещества, содержащиеся в нем, что может предотвратить разложение бисфенола А в высокотемпературных условиях на последующих стадиях.
В результате в полученном продукте предотвращается образование нежелательных окрашенных веществ и получают продуктовый бисфенол А, имеющий хороший цвет.
Способ фильтрования выше дает возможность удалять остатки катализатора и частицы дробленого катализатора, которые имеют тенденцию промотировать разложение бисфенола А и ухудшать цвет продуктового бисфенола А.
В последующих обработках смешанного реакционного раствора или последующих обработках, проводимых после фильтрования, в дополнение к нижеобсуждаемым стадиям (В)-(F), фильтрование на фильтре может быть выполнено в по меньшей мере один из периодов между стадией растворения аддукта бисфенола А и фенола в фенолсодержащем растворе и стадией кристаллизации и отделения аддукта от раствора.
Далее объясняются стадии (В)-(F).
Стадия (В)
На стадии (В) концентрируют смешанный реакционный раствор, существенно не содержащий ионообменную смолу кислотного типа.
На этой стадии концентрирования обычно смешанный реакционный раствор сначала подвергают перегонке при пониженном давлении, применяя перегонную колонну, чтобы удалить из него непрореагировавший ацетон, побочно образующуюся воду и низкокипящие вещества, такие как алкилмеркаптаны.
Перегонка при пониженном давлении обычно может быть выполнена при давлении примерно от 6,5 до 80 кПа при температуре от 70 до 180°C.
В этом случае непрореагировавший фенол подвергается азеотропной перегонке, так что часть непрореагировавшего фенола удаляется из перегонной колонны вместе с низкокипящими веществами.
На стадии перегонки, для того чтобы предотвратить термическое разложение бисфенола А, температуру нагревателя предпочтительно устанавливают 190°C или ниже.
Затем кубовую жидкость, полученную удалением низкокипящих веществ из реакционной смеси и содержащую бисфенол А, фенол и т.д., подвергают дальнейшей перегонке при пониженном давлении, чтобы отогнать фенол и концентрировать бисфенол А.
Условия стадии концентрирования конкретно не ограничиваются, и стадия концентрирования обычно может быть проведена при температуре примерно от 100 до 170°C и давлении примерно от 5 до 70 кПа.
Если температура, применяемая на стадии концентрирования, ниже 100°C, требуется более высокий вакуум. Если температура, применяемая на стадии концентрирования, выше 170°C, требуется отводить избыточное тепло на последующей стадии кристаллизации.
Концентрация бисфенола А в концентрированном остаточном растворе предпочтительно составляет 20-50 мас.% и более предпочтительно 20-40 мас.%.
Если концентрация бисфенола А в концентрированном остаточном растворе меньше 20 мас.%, скорость регенерации бисфенола А снижается. Если концентрация бисфенола А в концентрированном остаточном растворе больше 50 мас.%, транспортировка суспензии, образующейся при кристаллизации, становится затруднительной.
Стадия (С)
На стадии (С) 1:1 аддукт бисфенола А и фенола (далее упоминаемый просто как «фенольный аддукт») кристаллизуют и отделяют от концентрированного остаточного раствора, полученного на стадии (В).
На этой стадии концентрированный остаточный раствор сначала охлаждают до температуры примерно 40-70°C, чтобы кристаллизовать фенольный аддукт и образовать суспензию.
В этом случае охлаждение может быть проведено с применением внешнего теплообменника или методом кристаллизации вакуумным охлаждением, в котором концентрированный остаточный раствор смешивают с водой и охлаждают, используя скрытую теплоту испарения воды при пониженном давлении.
В методе кристаллизации вакуумным охлаждением примерно 3-20 мас.% воды добавляют к концентрированному остаточному раствору и образующуюся смесь подвергают кристаллизации при температуре от 40 до 70°C и давлении от 3 до 13 кПа.
Если количество добавленной воды меньше 3 мас.%, теплоотводящая способность недостаточна. Если количество добавленной воды больше 20 мас.%, потери из-за растворения бисфенола А становятся нежелательно большими.
Затем суспензию, содержащую кристаллизованный фенольный аддукт, разделяют известными способами, такими как фильтрование и центрифугирование, на фенольный аддукт и маточный раствор кристаллизации, содержащий побочные продукты реакции.
Стадия (D)
На стадии (D) фенольный аддукт, кристаллизованный и отделенный на стадии (С) выше, растворяют в фенолсодержащем растворе.
Фенолсодержащий раствор, применяемый на стадии (D), конкретно не ограничивается. Примеры фенолсодержащего раствора включают фенол, регенерированный на стадии (В), промывной раствор для фенольного аддукта, полученный на стадии (С) кристаллизации и отделения, маточный раствор кристаллизованного фенольного аддукта, полученный из разделения твердое вещество-жидкость, который получают на стадии, следующей после стадии (D), и промывной раствор для фенольного аддукта.
Вышеуказанный фенолсодержащий раствор добавляют к фенольному аддукту, полученному на стадии (С), и образующуюся смесь нагревают до температуры примерно 80-110°C, чтобы растворить фенольный аддукт при нагревании, тем самым получая раствор, имеющий концентрацию бисфенола А, пригодную для последующей кристаллизации.
Полученный таким образом раствор бисфенола А удобен в обращении, так как раствор имеет низкую вязкость даже при относительно низкой температуре. Следовательно, раствор, содержащий бисфенол А, пригоден для того, чтобы подвергнуть фенольный аддукт, кристаллизованный в следующей стадии, разделению твердый материал-жидкость на фильтре.
Стадия (Е)
На стадии (Е) фенольный аддукт кристаллизуют и отделяют от раствора, содержащего бисфенол А, полученного на стадии (D). Если требуется, для того чтобы получить продукт высокой чистоты, процедура растворения полученного фенольного аддукта в фенолсодержащем растворе с последующими кристаллизацией и отделением фенольного аддукта от раствора может быть повторена один или больше раз.
На этой стадии процедура кристаллизации и отделения фенольного аддукта и процедура растворения фенольного аддукта в фенолсодержащем растворе идентичны процедурам стадий (С) и (D), соответственно.
Стадия (F)
На стадии (F) фенольный аддукт, кристаллизованный и отделенный на стадии (Е) выше, плавят при нагревании и затем перегоняют, чтобы удалить фенол.
На этой стадии фенольный аддукт сначала нагревают до температуры примерно 100-160°C и плавят с получением жидкой смеси. Затем жидкую смесь подвергают перегонке при пониженном давлении, чтобы отогнать из нее фенол, таким образом получая расплавленный бисфенол А.
Перегонку при пониженном давлении обычно проводят при давлении 1-11 кПа и температуре 150-190°C.
Остаточный фенол из раствора может быть удален, далее подвергая раствор десорбции паром или азотом.
Грануляционная колонна оборудована у верха тарельчатой форсункой для преобразования расплава БФА в капельки, а у низа - каналом для дутья охлаждающего газа.
В качестве тарелки форсунки может быть использована металлическая тарелка, снабженная рядом пор или отверстий и т.д., которая может быть нагрета электрическим нагревателем или паром, чтобы предотвратить твердение БФА.
Высота грануляционной колонны может быть определена в зависимости от времени охлаждения капелек БФА и обычно составляет 10-50 м.
В качестве грануляционной колонны можно применять, например, аппарат, показанный на чертеже.
Расплав БФА, очищенный на стадии (F), истекает из грануляционной форсунки 1, образуя капельки БФА, и падает в форме душа внутри грануляционной колонны 2. Капельки БФА охлаждаются газом, вводимым через впуск 3 охлаждающего газа, и образуют гранулы БФА, которые выгружаются через выпуск 4 продукта. Газ, применяемый для охлаждения капелек БФА, выходит через выпуск 5 для охлаждающего газа.
Температуру расплава БФА предпочтительно поддерживают в интервале 157-200°C, более предпочтительно 157-180°C.
Если температура расплава БФА меньше 157°C, расплав имеет тенденцию твердеть. Если температура расплава БФА больше 200°C, образующиеся гранулы БФА имеют тенденцию подвергаться нежелательному изменению цвета.
Грануляционная форсунка 1 состоит из тарелки и форсунки. В настоящем изобретении соответствующие отверстия, образованные в форсунке, имеют размер (диаметр) 0,3-1,00 мм, предпочтительно 0,4-0,7 мм и более предпочтительно 0,5-0,6 мм, тем самым давая возможность производить гранулы БФА, имеющие средний размер частиц примерно 0,5-1,5 мм.
В настоящем изобретении требуется, чтобы скорость истечения расплава БФА из грануляционной форсунки 1 была 0,5-1,8 м/с, предпочтительно 1,0-1,8 м/с и более предпочтительно 1,4-1,8 м/с.
Когда скорость истечения расплава БФА 0,5 м/с или больше, капельки БФА не сливаются друг с другом и не образуют большие частицы. Когда скорость истечения БФА 1,8 м/с или меньше, капельки БФА не сливаются друг с другом и образуют частицы, однородные по размеру.
Так как слишком большие частицы капелек БФА трудно охлаждать, капельки БФА, еще сохраняющие форму расплава, достигают дна грануляционной колонны и прикрепляются или осаждаются на него.
Между тем скорость истечения расплава БФА можно регулировать, регулируя скорость потока расплава, подаваемого на форсунку, и т.д.
Также расстояние между соседними отверстиями форсунки составляет 5-12 мм, предпочтительно 7-11 мм и более предпочтительно 8-10 мм. Между тем расстояние между соседними отверстиями форсунки означает расстояние между центрами соседних отверстий.
Если расстояние между соседними отверстиями форсунки составляет больше 12 мм, расстояние между вытекающими капельками БФА расширяется, и капелькам становится трудно сливаться друг с другом, даже если расплав БФА вытекает из форсунки в несколько наклонном состоянии. Однако в таком случае, если количество подаваемого расплава БФА становится большим, требуется применять большое число форсунок, так что диаметр грануляционной колонны должен быть неизбежно увеличен.
То есть когда расстояние между соседними отверстиями форсунки составляет 12 мм или меньше, то число форсунок является подходящим и нет необходимости увеличивать диаметр грануляционной колонны.
В дополнение, если расплав БФА вытекает из форсунки в отклоненном состоянии из-за загрязнения отверстий форсунки, капельки БФА имеют тенденцию сливаться друг с другом. Однако когда расстояние между соседними отверстиями форсунки составляет 5 мм или больше, капли БФА не сливаются друг с другом, даже если такой отклоненный поток расплава БФА имеет место.
В качестве газа, вводимого через впуск 3 охлаждающего газа, обычно применяют инертный азот, так как БФА имеет тенденцию легко окисляться.
Скорость охлаждающего газа, текущего через грануляционную колонну 2, составляет 0,7-2,0 м/с, предпочтительно 0,9-1,8 м/с и более предпочтительно 1,0-1,6 м/с.
При скорости потока охлаждающего газа 0,7-2,0 м/с внутри грануляционной колонны 2 можно поддерживать температуру 40-90°C, так что гранулы БФА могут быть охлаждены до температуры 50-60°С.
Если скорость потока охлаждающего газа 0,7 м/с или больше, расплав БФА может быть охлажден соответственно. С другой стороны, если скорость потока охлаждающего газа 2,0 м/с или меньше, капельки БФА имеют тенденцию беспрепятственно падать и, в результате, не сталкиваются друг с другом, что приводит к снижению количества тонких частиц БФА, а также к увеличению выхода гранул БФА.
Далее, в качестве материала аппаратов или оборудования, применяемых в способе от стадии (А) до грануляционной колонны, обычно применяют SUS304, SUS316, SUS316L и т.д.
Примеры
Затем настоящее изобретение будет описано более подробно, обращаясь к следующим примерам и сравнительным примерам. Однако следует заметить, что эти примеры являются только иллюстративными и не ограничивают изобретение.
Базовый пример 1
Смесь, содержащую фенол и ацетон в молярном отношении 10:1, вместе с этилмеркаптаном непрерывно пропускали через реакционную колонну с неподвижным слоем катионообменной смолы DIAION SK104H (Mitsubishi Chemical Corp.) c объемной часовой скоростью 3 ч-1, чтобы обеспечить реакцию компонентов друг с другом при 75°C.
Образующуюся реакционную смесь подвергают перегонке при пониженном давлении 67 кПа и температуре в кубе 170°C, чтобы удалить из нее ацетон, воду, этилмеркаптан и т.д. Затем реакционную смесь подвергают перегонке при пониженном давлении 14 кПа при 130°C, чтобы удалить из нее фенол и концентрировать смесь до тех пор, пока концентрация бисфенола А не достигнет 40 мас.%, чтобы получить фенольный раствор бисфенола А.
Полученный фенольный раствор бисфенола А, имеющий концентрацию бисфенола А 40 мас.%, смешивали с водой и охлаждали до 50°C при пониженном давлении и выдерживали в этих условиях, чтобы кристаллизовать аддукт бисфенола А и фенола, и получали суспензию.
Затем полученную суспензию подвергали разделению твердое вещество-жидкость, тем самым разделяя аддукт бисфенола А и фенол.
Образующийся аддукт смешивали с фенолом и нагревали до 90°C, получая раствор, содержащий 60 мас.% фенола и 40 мас.% бисфенола А.
Образующийся раствор снова подвергали кристаллизации с охлаждением вакуумом и разделению твердое вещество-жидкость с получением аддукта бисфенола А и фенола.
Затем образующийся аддукт промывали очищенным фенолом, получая кристаллы бисфенола А и фенол.
Полученные кристаллы аддукта расплавляли при нагревании до 130°С и дефенолировали, чтобы получить бисфенол А.
Полученный в результате бисфенол А нагревали при 220°C 40 минут на воздухе. В результате визуального наблюдения цвета бисфенола А на основе стандарта окраски APHA подтверждено, что бисфенол А показывает окраску APHA15.
Пример 1
Газообразный азот подают снизу в грануляционную колонну диаметром 2,2 м и высотой 30 м со скоростью газа 1,6 м/с.
Грануляционную колонну у верха оборудовали форсункой, имеющей отверстия диаметром 0,5 мм, два соседних из которых отделены друг от друга расстоянием 9 мм.
Расплав бисфенола А при 170°C подавали на форсунку, такую что скорость истечения расплава бисфенола А была 1,4 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате было подтверждено, что гранулы БФА, имеющие средний размер частиц 1,0 мм, можно стабильно получать 2 недели.
Спустя две недели, когда грануляционная колонна была осмотрена, подтверждено, что прилипшие вещества, такие как БФА, существенно не оседали на дно грануляционной колонны. Результаты показаны в Таблице.
Пример 2
Применяли те же форсунку и грануляционную колонну, что и в Примере 1, газообразный азот при 40°C подавали в грануляционную колонну со скоростью 1,0 м/с, и расплав бисфенола А подавали на форсунку при 170°C, так что скорость истечения расплава бисфенола А из форсунки была 1,8 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате было подтверждено, что гранулы БФА, имеющие средний размер частиц 1,1 мм, можно стабильно получать 2 недели.
Спустя две недели, когда грануляционная колонна была осмотрена, подтверждено, что прилипшие вещества, такие как БФА, существенно не оседали на дно грануляционной колонны. Результаты показаны в Таблице.
Пример 3
Такую же грануляционную колонну, как примененная в Примере 1, оборудовали у верха форсункой, имеющей отверстия диаметром 0,6 мм, соседние два из которых отделены друг от друга расстоянием 5 мм. Газообразный азот при 40°C подавали в грануляционную колонну со скоростью 1,6 м/с, и расплав бисфенола А подавали на форсунку при 170°C, так что скорость истечения расплава бисфенола А из форсунки была 1,5 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате было подтверждено, что гранулы БФА, имеющие средний размер частиц 1,1 мм, можно стабильно получать 2 недели.
Спустя две недели, когда грануляционная колонна была осмотрена, подтверждено, что прилипшие вещества, такие как БФА, существенно не оседали на дно грануляционной колонны. Результаты показаны в Таблице.
Пример 4
Такую же грануляционную колонну, как использованная в Примере 1, оборудовали у верха форсункой, имеющей отверстия диаметром 0,5 мм, соседние два из которых отделены друг от друга расстоянием 5 мм. Газообразный азот при 40°C подавали в грануляционную колонну со скоростью 1,1 м/с, и расплав бисфенола А подавали на форсунку при 170°C, так что скорость истечения расплава бисфенола А из форсунки была 1,8 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате было подтверждено, что гранулы БФА, имеющие средний размер частиц 1,1 мм, можно стабильно получать 2 недели.
Спустя две недели, когда грануляционная колонна была осмотрена, подтверждено, что прилипшие вещества, такие как БФА, существенно не оседали на дно грануляционной колонны. Результаты показаны в Таблице.
Сравнительный Пример 1
В такую же грануляционную колонну, как использованная в Примере 4, оборудованную форсункой, имеющей отверстия диаметром 0,5 мм, соседние два из которых отделены друг от друга расстоянием 5 мм, подавали газообразный азот при 40°C со скоростью 1,1 м/с, и расплав бисфенола А подавали на форсунку при 170°C, так что скорость истечения расплава бисфенола А из форсунки была 2,9 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате, было подтверждено, что гранулы БФА, имеющие средний размер частиц 1,6 мм, можно стабильно получать 2 недели.
Однако спустя две недели, когда грануляционная колонна была осмотрена, подтверждено, что слой БФА, толщиной примерно 10 мм, отлагался на дно грануляционной колонны. Прилипшее вещество легко отделялось от дна грануляционной колонны ударами с внешней стороны. Результаты показаны в Таблице.
Сравнительный Пример 2
В такую же грануляционную колонну, как использованная в Примере 1, оборудованную форсункой, имеющей отверстия диаметром 0,5 мм, соседние два из которых отделены друг от друга расстоянием 9 мм, подавали газообразный азот при 40°C со скоростью 0,5 м/с, и расплав бисфенола А подавали на форсунку при 170°C, так что скорость истечения расплава бисфенола А из форсунки была 1,8 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате было подтверждено, что гранулы БФА, имеющие средний размер частиц 1,3 мм, можно стабильно получать 2 недели.
Однако спустя две недели, когда грануляционная колонна была осмотрена, подтверждено, что слой БФА, толщиной примерно 50 мм, отлагался на дно грануляционной колонны. Прилипшее вещество легко отделялось в форме пластин от дна грануляционной колонны ударами с внешней стороны. Результаты показаны в Таблице.
Сравнительный Пример 3
В такую же грануляционную колонну, как использованная в Примере 1, оборудованную форсункой, имеющей отверстия диаметром 0,5 мм, соседние два из которых отделены друг от друга расстоянием 9 мм, подавали газообразный азот при 40°C со скоростью 1,6 м/с, и расплав бисфенола А подавали на форсунку при 170°C, так что скорость истечения расплава бисфенола А из форсунки была 0,4 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате было подтверждено, что капельки расплава БФА сливались, образуя частицы большого размера, падали и сталкивались с дном грануляционной колонны перед полным отверждением и отлагались на нем, тем самым, наконец, вызывая закупорку грануляционной колонны.
Результаты показаны в Таблице.
Сравнительный Пример 4
В такую же грануляционную колонну, как использованная в Примере 3, оборудованную форсункой, имеющей отверстия диаметром 0,6 мм, соседние два из которых отделены друг от друга расстоянием 5 мм, подавали газообразный азот при 40°C со скоростью 2,5 м/с, и расплав бисфенола А подавали на форсунку при 170°C, так что скорость истечения расплава бисфенола А из форсунки была 1,5 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате было подтверждено, что хотя гранулы БФА, имеющие средний размер частиц 1,2 мм, можно стабильно получать 2 недели, количество тонких частиц БФА, осевших в выпуске азота, увеличилось.
Спустя две недели, когда грануляционная колонна была осмотрена, подтверждено, что хотя БФА существенно не осаждался на дно грануляционной колонны, выход гранул БФА снижался.
Результаты показаны в Таблице.
Сравнительный Пример 5
В такую же грануляционную колонну, как использованная в Примере 1, оборудованную форсункой, имеющей отверстия диаметром 0,5 мм, соседние два из которых отделены друг от друга расстоянием 3 мм, подавали газообразный азот при 40°C со скоростью 1,0 м/с, и расплав бисфенола А подавали на форсунку при 170°C, так что скорость истечения расплава бисфенола А из форсунки была 1,8 м/с, тем самым гранулируя БФА.
В результате было подтверждено, что гранулы БФА, имеющие средний размер частиц 1,6 мм, можно стабильно получать 2 недели.
Однако спустя две недели, когда грануляционная колонна была осмотрена, подтверждено, что слой БФА, толщиной примерно 30 мм, отлагался на дно грануляционной колонны.
Результаты показаны в Таблице.
| Примеры | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Диаметр отверстия форсунки (мм) | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 0,5 | |
| Расстояние между соседними отверстиями форсунки (мм) | 9 | 9 | 5 | 5 | |
| Скорость истечения расплава БФА (м/с) | 1,4 | 1,8 | 1,5 | 1,8 | |
| Скорость газа азота (м/с) | 1,6 | 1,0 | 1,6 | 1,1 | |
| Средний размер частиц БФА (мм) | 1,0 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | |
| Время работы (дни) | 14 | 14 | 14 | 14 | |
| Осаждение БФА на дно (мм) | нет | нет | нет | нет | |
| Наличие тонких частиц БФА (%) | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |
| Сравнительные примеры | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Диаметр отверстия форсунки (мм) | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 0,5 |
| Расстояние между соседними отверстиями форсунки (мм) | 5 | 9 | 9 | 5 | 3 |
| Скорость истечения расплава БФА (м/с) |
2,9 | 1,8 | 0,4 | 1,5 | 1,8 |
| Скорость газа азота (м/с) | 1,1 | 0,5 | 1,6 | 2,5 | 1,0 |
| Средний размер частиц БФА (мм) | 1,6 | 1,3 | - | 1,2 | 1,6 |
| Время работы (дни) | 14 | 14 | ** | 14 | 14 |
| Осаждение БФА на дно (мм) | 10 | 50 | - | нет | 30 |
| Наличие тонких частиц БФА (%) | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 2,0 | 0,4 |
| Примечание * Отношение количества тонких частиц, имеющих размер частиц 500 мкм или меньше, к количеству БФА, обработанному в грануляционной колонке. ** Работу грануляционной колонны немедленно прекращали. |
1. Способ производства гранул бисфенола А, включающий стадию разбрызгивания расплава бисфенола А из форсунки, расположенной в верхней части грануляционной колонны, и подачу потока охлаждающего газа снизу вверх от нижней части грануляционной колонны, причем способ удовлетворяет следующим условиям (a)-(c): a) диаметр соответствующих отверстий форсунки находится в интервале от 0,3 до 1,0 мм; b) скорость истечения расплава бисфенола А находится в интервале от 0,5 до 1,8 м/с; и c) скорость потока охлаждающего газа находится в интервале от 0,7 до 2,0 м/с.
2. Способ по п.1, в котором расстояние между соседними отверстиями форсунки находится в интервале от 5 до 12 мм.
