Способ получения бензойной кислоты

Изобретение относится к способу получения бензойной кислоты окислением толуола, причем окисление ведут диоксидом марганца в водном 35-45% растворе хлорной кислоты при температуре 70-90°С в режиме дозирования толуола в реакционную смесь. Предлагаемый способ позволяет расширить сырьевую базу, существенно уменьшить время проведения технологического процесса, увеличить выход целевого соединения и избежать образования побочных продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 6 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к способу получения ароматических кислот из алкилбензолов, в частности, бензойной кислоты. Бензойная кислота широко применяется в пищевой промышленности в качестве консерванта, в фармокологии в качестве антисептического и отхаркивающего средства, в косметической промышленности в виде эфиров, в химической промышленности в качестве реагента в ряде синтезов, в частности, капролактама через циклогексилкарбоновую кислоту.

В промышленности бензойную кислоту получают окислением толуола в жидкой фазе кислородом воздуха при 140-260°С, давлении 4-10 атм, в присутствии катализатора - Co-соли высших карбоновых кислот [О.А. Реутов, А.Л. Курц, К.П. Бутин Органическая химия, ч.4. М.: Бином, с. 609-612]. В подавляющем большинстве патентов, посвященных получению бензойной кислоты, описаны различные варианты ее образования при каталитическом окислении толуола кислородом воздуха. Одним из последних запатентованных вариантов данного метода является способ А.Л. Бровенко, М.М. Грожан [Патент РФ 2139849, 1999 г.]. Согласно описанию патента окисление толуола кислородом воздуха ведется в смеси с водным раствором соды при объемном соотношении толуол:водный раствор соды 1:3. Окисление проводят в течение 10 минут при температуре 240°С и давлении 75 атм. Содержимое реактора после охлаждения выгружают, фазы разделяют. Органическую фазу возвращают в процесс, водную - доокисляют в течение минут при 240°С и давлении 80 атм. Затем доокисленную водную фазу удаляют из реактора, упаривают и получают сухой остаток бензоата натрия и соды. Сухой остаток помещают в реактор типа «Сокслет» и экстрагируют ацетоном с содержанием 10% воды под давлением углекислого газа 52 атм при 50-53°С. Из экстракта выделяют бензойную кислоту с 99,9% степенью чистоты. Выход бензойной кислоты в данном процессе составляет по сухому остатку - 98,7%, а по взятому в реакцию толуолу 14,4%.

К недостаткам этого способа относятся:

- низкий выход бензойной кислоты по взятому толуолу;

- высокие температура и давление, затрудняющие аппаратурное оформление и повышающие опасность процесса;

- сложность выделения целевой бензойной кислоты из реакционной массы.

Альтернативой методу окисления толуола кислородом воздуха может служить метод окисления толуола бихроматом натрия. Окисление толуола происходит также под давлением и при температуре 250-300°С. Окисление протекает до бензойной кислоты, однако достигнутый при этом выход бензойной кислоты не приведен [патент UK 402529, 1932]. Значимым недостатком метода является применение бихромата, который относится к опасным экотоксикантам, что накладывает на процесс ограничительные меры экологического характера.

Нами разработан процесс, позволяющий осуществить синтез бензойной кислоты методом, свободным от вышеперечисленных недостатков.

Технический результат предлагаемого изобретения, заключается в окислени толуола диоксидом марганца в водном 35-45% растворе хлорной кислоты при температуре 70-90°С. Процесс проходит в периодическом режиме с увеличенным выходом бензойной кислоты без образования побочных продуктов. Синтез бензойной кислоты ведут при использовании в качестве реакционной среды смесь 35-45% хлорной кислоты и диоксида марганца, причем дозирующим насосом толуол подают в смесь кислоты и диоксида марганца, а образующуюся в результате реакции бензойную кислоту отделяют фильтрованием после остывания реакционной смеси, благодаря чему не требуется отдельная стадия обработки реакционной смеси.

Реакция толуола с диоксидом марганца протекает при температуре 70-90°С в течение 6 часов в режиме дозирования толуола в реакционную смесь дозирующим насосом, при мольном соотношении толуол: диоксид марганца: хлорная кислота, равном 1:3:7. Бензойная кислота выпадает в осадок после окончания процесса и охлаждения реакционной среды до 0°С. По предложенному методу бензойная кислота получена с выходом по толуолу 82,6% и по прореагировавшему диоксиду марганца до 88,3% Реакция окисления описывается уравнением:

С6Н5СН3+3 МnO2+6 НСlO46Н5СООН+3 Мn(СlO4)2+4 Н2O (1)

Выбор температуры проведения процесса зависит от концентрации хлорной кислоты Процесс осуществляется в подключенном к термостату емкостном реакторе с лопастной мешалкой, термометром и обратным холодильником. Бензойная кислота после окончания реакции и охлаждения реакционной массы выделяется в виде белого кристаллического осадка путем фильтрации на фильтре Шотта и промывается водой.

На проведение синтеза не оказывает значительного влияния превышение количества молей хлорной кислоты в реакционной смеси над указанным, однако это является технологически нецелесообразным, так как ведет к неоправданному увеличению объемов реакционных сред.

Чистота выделенной бензойной кислоты составляет 99,5% мольных.

Преимуществом предлагаемого процесса являются высокий выход и чистота бензойной кислоты, простота выделения целевой бензойной кислоты, а также простота аппаратурного оформления процесса и отсутствие высокой температуры и давления.

Сущность настоящего изобретения иллюстрируется нижеследующими примерами. Пример 1

В подключенный к термостату четырехгорлый круглодонный стеклянный реактор емкостью 5 л, снабженный термометром, обратным холодильником, лопастной мешалкой и штуцером для дозирования толуола загружают 2558 мл водного раствора хлорной кислоты с концентрацией 45% масс. (1560 г, 6,5 моль HClO4). Затем помещают 250 г (2,8 моль) диоксидамарганца. Включают интенсивное перемешивание реакционной массы и нагрев. После достижения реакционной массой заданной температуры 70°С в реактор посредством перистальтического насоса начинают медленно дозировать толуол в общем количестве 100 мл (86,7 г, 0,941 моль) со скоростью 20 мл в час. Затем реакционную массу выдерживают, перемешивая при заданной температуре один час. Проведение реакции заканчивают через 6 часов. Реакционную смесь, не остужая, фильтруют через фильтр Шотта, отделяя остатки непрореагировавшего диоксида марганца. Масса непрореагировавшего диоксида марганца составляет 15 г. Полученный фильтрат остужают до 0°С. При этом в растворе выпадает осадок бензойной кислоты. Осадок отфильтровывают на фильтре Шотта и промывают водой с температурой 0°С. Вес полученной бензойной кислоты составляет 75 г. Для полного извлечения оставшейся в растворе бензойной кислоты раствор дважды экстрагируют толуолом по 500 мл. Затем толуол отгоняют. Масса извлеченной бензойной кислоты составляет 20 г. Общий вес полученной бензойной кислоты составляет 95 г, выход полученной бензойной кислоты в расчете на затраченный толуол составляет 82,8%, степень полезного использования диоксида марганца 88,3%.

Содержание основного вещества в полученной бензойной кислоте 99,5% определено методом газожидкостной хроматографии со стандартом бензойной кислоты Sigma-Aldrich.

Опыты 1-3 проведены аналогичным способом, за исключением изменения температуры ведения реакции и концентрации хлорной кислоты. Опыты 4-6 демонстрируют снижение выхода бензойной кислоты и увеличение времени проведения опыта за пределами рекомендованных интервалов. В опыте 4, в отличие от опыта 1, использована разбавленная хлорная кислоты при сохранении общего реакционного объема, мольное соотношение реагентов толуол: диоксид марганца: хлорная кислота равно 1:3:4,2. В итоге проведения реакции сильно упала кислотность среды и реакция остановилась.

В опыте 5 снижена температура ведения реакции, в результате чего реакция замедлилась и за выделенное время не прошла до конца.

В опыте 6 изменен способ введения реагентов, вместо дозирования толуола в реакционную среду толуол введен единовременно. В итоге в ходе синтеза прошел ряд побочных реакций, в том числе образования бензальдегида, которые снизили чистоту и выход бензойной кислоты и сделали невозможным получение чистой бензойной кислоты простой кристаллизацией.

Результаты проведенных примеров синтеза бензойной кислоты приведены в таблице 1.

* Мольное соотношение реагентов толуол: диоксид марганца: хлорная

кислота равно 1:3:4,2.

** Понижена температура реакции.

*** Весь толуол введен в реакцию единовременно.

Производственная реализация процесса может быть предложена по технологической схеме, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1. Технологическая схема получения бензойной кислоты

1- Емкость с диоксидом марганца, 2 -есы для дозирования диоксида марганца, 3 - обратный холодильник, 4 - реактор, 5 - термостат, 6 - озирующий насос, 7 - емкость с хлорной кислотой, 8 - емкость с дистиллированной водой, 9 - сушильный шкаф, 10 - фильтр, 11 - вакуумный насос, 12 - емкость для бензойной кислоты, 13 - дозирующий; насос, 14 - емкость с толуолом, 15 - емкость для отработанного солевого раствора.

1. Способ получения бензойной кислоты окислением толуола, отличающийся тем, что окисление ведут диоксидом марганца в водном 35-45% растворе хлорной кислоты при температуре 70-90°С в режиме дозирования толуола в реакционную смесь.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окисление ведут при мольном соотношении толуол : диоксид марганца : хлорная кислота, равном 1:3:7.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что бензойную кислоту 99,5% чистоты, не требующую дополнительной очистки, выделяют через ее выпадение в осадок при охлаждении реакционной среды до 0°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу переработки водно-органического отхода молибденового катализатора органического синтеза. Способ включает отгонку углеводородов, обработку кубового остатка серной кислотой, разделение продукта обработки на водную и органическую фазы, выделение из водной фазы триоксида молибдена и десятиводного сульфата натрия, выделение из органической фазы фенола и бензойной кислоты.
Изобретение относится к твердой композиции терефталевой кислоты, предназначенной для получения чистой терефталевой кислоты без применения каталитического гидрирования.

Изобретение относится к способу каталитического пиролиза отходов полиэтилентерефталата с получением бензойной кислоты. .
Изобретение относится к способу разделения смеси бензойной и коричной кислот, характеризующемуся тем, что к технической смеси бензойной и коричной кислот приливают раствор гидроокиси натрия с получением осадка, приливают воду для получения гомогенного раствора, затем полученную техническую смесь натриевых солей бензойной и коричной кислот состава 2:1-1:2 при общей концентрации 3-5 М смешивают с серной кислотой концентрации 3-5 М, добавление серной кислоты прекращают при рН среды 8-9, а выпавший в осадок комплекс коричной кислоты с ее натриевой солью отфильтровывают от реакционной смеси, растворяют в избыточном количестве воды для растворения натриевой соли коричной кислоты, при этом коричная кислота выпадает в осадок, затем дополнительно обрабатывают серной кислотой концентрации 3-5 М до рН 1-2, отделяют выпавшие в осадок кристаллы коричной кислоты; реакционную смесь, оставшуюся после отделения комплекса, смешивают с раствором серной кислоты концентрации 3-5 М до рН 1-2, в результате чего в осадок выпадает кристаллическая бензойная кислота.

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способу получения бензойной кислоты (С6 Н5СООН, бензолкарбоновая кислота) каталитическим окислением бензилового спирта раствором пероксида водорода, а также к катализаторам для его осуществления и способу их получения.

Изобретение относится к усовершенствованному способу выделения бензойной кислоты из продукта жидкофазного окисления толуола путем ректификации, заключающемуся в том, что ректификацию осуществляют в колонне периодического действия при давлении 100 мм рт.
Изобретение относится к технологии получения бензойной кислоты, а именно к получению бензойной кислоты гидролизом ее метилового эфира. .

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения бензойной кислоты (БК) или бензоата натрия (БН), отличием которого является то, что БК выделяют из водной фазы оксидата, полученного при окислении толуола в присутствии воды и карбоната натрия (КН), путем упаривания водной фазы с получением БН, содержащего до 20% соды, который помещают в вертикальный реактор, например типа "Сокслет", и сверху подают водный органический растворитель, например этанол, или ацетон, или метилэтилкетон, содержащие 10 - 30% воды, и углекислый газ под давлением и снизу удаляют БК в растворителе.

Изобретение относится к способу окисления алкилароматического соединения, включающему контактирование алкилароматического соединения, растворителя, включающего предшественник по меньшей мере одной ионной жидкости, источника брома, катализатора и окислителя для получения продукта окисления, включающего по меньшей мере одно соединение, выбранное из ароматического спирта, ароматического альдегида, ароматического кетона и ароматической карбоновой кислоты, причем растворитель дополнительно включает карбоновую кислоту при массовом соотношении карбоновой кислоты к ионной жидкости от 1:16 до 16:1 и массовое соотношение растворителя и алкилароматического соединения в смеси составляет от 1:1 до 10:1, и в котором продукт окисления содержит менее 2500 ч./млн 4-карбоксибензальдегида.

Изобретение относится к усовершенствованной системе для производства терефталевой кислоты путем контакта суспензии, содержащей п-ксилол с газофазным окислителем, содержащим воздух, причем указанная система включает: первичный окислительный реактор, включающий первый суспензионный выпуск, и вторичный окислительный реактор, включающий впуск суспензии, второй суспензионный выпуск, нормально нижний впуск окислителя и нормально верхний впуск окислителя, в которой указанный впуск суспензии находится ниже по потоку в гидравлическом соединении с указанным первым выпуском суспензии, в которой указанный вторичный окислительный реактор представляет собой вторичную реакционную зону, имеющую максимальную длину Ls, в которой расстояние до указанного нормально нижнего впуска окислителя от дна указанной вторичной реакционной зоны составляет менее чем 0,5 Ls, в которой расстояние до указанного верхнего впуска окислителя от дна указанной вторичной реакционной зоны составляет, по меньшей мере, 0,5 Ls; и где первичный окислительный реактор представляет собой барботажный колоночный реактор и указанный вторичный окислительный реактор представляет собой барботажный колоночный реактор.

Изобретение относится к усовершенствованным системам для производства терефталевой кислоты, в частности, путем контакта суспензии, содержащей пара-ксилол, с газофазным окислителем, содержащим воздух, причем указанная система включает первичный окислительный реактор, включающий первый суспензионный выход; и вторичный окислительный реактор, включающий вход суспензии, второй суспензионный выход, нормально нижний вход окислителя, и нормально верхний вход окислителя, в которой указанный вход суспензии находится ниже по потоку в гидравлическом соединении с указанным первым выходом суспензии, в которой указанный вторичный окислительный реактор представляет собой вторичную реакционную зону, имеющую максимальную длину Ls и максимальный диаметр Ds, в которой расстояние до указанного нормально нижнего входа окислителя от дна указанной вторичной реакционной зоны составляет менее чем 0,5 Ls, в которой расстояние до указанного нормально верхнего входа окислителя от дна указанной вторичной реакционной зоны составляет по меньшей мере 0,5 Ls, в которой расстояние до указанного входа от дна указанной вторичной реакционной зоны находится в интервале от 0,3 Ls до 0,9 Ls; причем указанный первичный окислительный реактор представляет собой барботажный колоночный реактор, и где указанный вторичный окислительный реактор представляет собой барботажный колоночный реактор.

Изобретение относится к усовершенствованной системе для производства терефталевой кислоты путем контакта суспензии, содержащей пара-ксилол, с газофазным окислителем, содержащим воздух, причем указанная система включает первичный окислительный реактор, включающий первый суспензионный выход; и вторичный окислительный реактор, включающий вход суспензии и второй суспензионный выход, в которой указанный вход суспензии находится ниже по потоку в гидравлическом соединении с указанным первым выходом суспензии; в которой указанный вторичный окислительный реактор представляет собой вторичную реакционную зону, имеющую максимальную длину Ls и максимальный диаметр Ds, причем указанная вторичная реакционная зона имеет соотношение Ls:Ds в диапазоне от 14:1 до 28:1, в которой расстояние до указанного входа от дна указанной вторичной реакционной зоны находится в интервале от 0,3 Ls до 0,9 Ls; причем указанный первичный окислительный реактор представляет собой барботажный колоночный реактор, и где указанный вторичный окислительный реактор представляет собой барботажный колоночный реактор; причем указанный вторичный окислительный реактор содержит по меньшей мере один нормально нижний вход окислителя и по меньшей мере один нормально верхний вход окислителя.

Настоящее изобретение относится к cпособу получения ароматической дикарбоновой кислоты, включающему (a) окисление ароматического соединения по меньшей мере в одном окислителе, посредством чего получают окисленный отходящий газ и окисленный продукт, содержащий ароматическую дикарбоновую кислоту; (b) введение по меньшей мере части указанного окисленного отходящего газа в систему для извлечения растворителя, посредством чего получают обедненный растворителем отходящий газ и извлеченный растворитель; (c) добавление горячих продуктов сгорания в указанный обедненный растворителем отходящий газ, посредством чего получают нагретый отходящий газ, содержащий летучее органическое соединение (VOC); и (d) пропускание, по меньшей мере, части указанного нагретого отходящего газа через турбодетандер, в котором, по меньшей мере, 50 мольных процентов гидрокарбильных соединений, присутствующих в указанном обедненном растворителем отходящем газе, покидающем указанную систему для извлечения растворителя, пропускают через указанный турбодетандер.

Настоящее изобретение относится к способу окисления алкилароматического соединения, включающему контактирование алкилароматического соединения, растворителя, источника брома, катализатора и окислителя для получения продукта, содержащего по меньшей мере одно из соединений: ароматический спирт, ароматический альдегид, ароматический кетон и ароматическая карбоновая кислота.

Изобретение относится к способу получения ароматической дикарбоновой кислоты в оборудовании для производства ароматической дикарбоновой кислоты, в котором вода образуется в качестве побочного продукта и/или добавлена в окислительный аппарат, включающему (a) окисление ароматического соединения в по меньшей мере одном окислительном аппарате указанного производственного оборудования для получения тем самым отходящего газа окислительного аппарата и продукта окислительного аппарата, содержащего ароматическую дикарбоновую кислоту; и (b) вентилирование указанной воды в виде пара из производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, где количество воды, выпущенной в виде пара из указанного производственного оборудования в окружающую внешнюю среду, по меньшей мере 0,3 кг/кг ароматического соединения, подаваемого в указанный окислительный аппарат.

Изобретение относится к способу отделения воды и извлечения уксусной кислоты из потока, выпускаемого из реактора в ходе окисления п-ксилола, с использованием поставляющей энергию совместной дистилляции, включающему направление выпускаемого потока в первую дегидратационную колонну, которая находится в состоянии пониженного давления, после того как выпускаемый поток проходит через каждое устройство для обработки, чтобы выпустить воду из верхней части первой дегидратационной колонны и извлечь первую концентрированную уксусную кислоту из нижней части первой дегидратационной колонны, и направление первой концентрированной уксусной кислоты, выпущенной из нижней части первой дегидратационной колонны, в среднюю часть второй дегидратационной колонны, которая находится при атмосферном давлении или в состоянии повышенного давления, чтобы извлечь конечную концентрированную уксусную кислоту из нижней части второй дегидратационной колонны, при этом рабочее давление первой дегидратационной колонны составляет от -78 до -49 кПа (изб.) (от -0,8 до -0,5 кг/см2 (изб.)), и рабочее давление конденсатора второй дегидратационной колонны составляет от 10 до 167 кПа (изб.) (от 0,1 до 1,7 кг/см2 (изб.)), а конденсатор второй дегидратационной колонны действует как ребойлер первой дегидратационной колонны, используя разность давлений между первой дегидратационной колонной и второй дегидратационной колонной, так что энергию, подаваемую в ребойлер второй дегидратационной колонны, используют как энергию дистилляции первой дегидратационной колонны, посредством чего заметно уменьшают потребление энергии.

Изобретение относится к способу получения ароматической дикарбоновой кислоты, включающему (a) окисление ароматического соединения, по меньшей мере, в одной установке окисления с получением отходящего газа, образовавшегося в установке окисления, и продукта, образовавшегося в установке окисления, который представляет собой ароматическую дикарбоновую кислоту; (b) прямую или непрямую подачу, по меньшей мере, части указанного отходящего газа, образовавшегося в установке окисления, в устройство термической окислительной деструкции (TOD), где указанное устройство TOD представляет собой установку регенеративного термического окисления; и (c) окисление в указанном устройстве TOD, по меньшей мере, указанной части отходящего газа, образовавшегося в установке окисления, где при установившемся режиме работы указанного устройства TOD, по меньшей мере, 60% количества топлива, подаваемого в указанное устройство TOD, поступает из указанного отходящего газа, образовавшегося в установке окисления, или из продуктов реакции указанного отходящего газа, образовавшегося в установке окисления.

Изобретение относится к способам производства ароматической поликарбоновой кислоты, в частности терефталевой кислоты. Первый способ включает a) получение в реакторе окисления потока сырой ароматической поликарбоновой кислоты в качестве продукта реакции окисления и потока отходящего газа реактора окисления, разделение потока отходящего газа на поток, обогащенный уксусной кислотой, и поток пара, обогащенный водой, где поток пара, обогащенный водой, содержит летучие соединения и неконденсируемые газы, и упомянутое разделение выполняется в устройстве дистилляции; b) конденсирование упомянутого обогащенного водой парового потока в поток конденсата и поток пара; c) подачу первой части упомянутого потока конденсата в упомянутое устройство дистилляции и подачу второй части упомянутого потока конденсата в экстракционную колонну, и d) удаление по меньшей мере одной ароматической монокарбоновой кислоты из упомянутой второй части упомянутого конденсата для формирования потока ароматической монокарбоновой кислоты и потока водного продукта.

Изобретение относится к катализаторам окисления аммиака блочной сотовой структуры, включающим в свой состав оксиды железа, алюминия, кремния и стабилизирующую добавку, при следующем соотношении компонентов: оксид железа - 65-80; оксид алюминия - 19-30; оксид кремния 0,01-5, стабилизирующая добавка - 1-16.

Изобретение относится к способу получения бензойной кислоты окислением толуола, причем окисление ведут диоксидом марганца в водном 35-45 растворе хлорной кислоты при температуре 70-90°С в режиме дозирования толуола в реакционную смесь. Предлагаемый способ позволяет расширить сырьевую базу, существенно уменьшить время проведения технологического процесса, увеличить выход целевого соединения и избежать образования побочных продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 6 пр.

Наверх