Способ получения диимида пиромеллитовой кислоты

 

Способ получения диимида пиромеллитовой кислоты парофазным окислительным аммонолизом дурола на окисном ванадийтитановом катализаторе при повышенной температуре в присутствии воды, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, процесс осуществляют при температуре 420 - 460^oС при молярном соотношении: дурол: аммиак: кислород: вода, равном 1 : 3,5 - 4,0 : 15 - 17 : 120 - 150 на катализаторе с молярным соотношением окислов U₂O₅: TiO₂, равном 1 : 16, предварительно обработанном парами воды или смесью паров воды с воздухом при молярном соотношении вода: воздух равном 1 : 0,05 - 0,5, при температуре 340 - 440^oС в течение 10 - 50 ч.

Изобретение относится к органическому синтезу, к усовершенствованному способу получения диимида пиромеллитовой кислоты, применяемого в качестве мономера для синтеза термостойких полимеров. Известен способ получения диимида пиромеллитовой кислоты взаимодействием диангидрида пиромеллитовой кислоты с мочевиной в нитробензоле. Недостатком указанного способа является его двустадийность. Первая стадия состоит в получении диангидрида пиромеллитовой кислоты окислением дурола, вторая стадия в получении диимида пирромеллитовой кислоты из диангидрида пиромеллитовой кислоты. Наиболее близким к описываемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения диимида пиромеллитовой кислоты окислительным аммонолизом дурола в присутствии воды на плавленном окисном ванадийтитановом катализаторе состава V₂O₅:TiO₂=1:0,5. Компоненты реакции берут в молярном соотношении дурол: вода: аммиак, равном 1:30-100:20-100: 5-40. Температура 400-440^оС. Выход диимида пиромеллитовой кислоты составляет 55% в расчете на взятый дурол. Недостаток известного способа заключается в невысоком выходе диимида пирромеллитовой кислоты вследствие относительно низкой селективности действия катализатора. Целью изобретения является увеличение выхода диимида пиромеллитовой кислоты. Поставленная цель достигается описываемым способом получения диимида пиромеллитовой кислоты парофазным окислительным аммонолизом дурола на ванадийтитановом катализаторе в присутствии воды, отличительной особенностью которого является то, что процесс осуществляют при температуре 420-460^оС, при молярном соотношении дурол: аммиак: кислород: вода, равном 1:3,5-4,4: 15-17: 120-150, на катализаторе с молярным соотношением V₂O₅:TiO₂, равном 1: 16, предварительно обработанном парами воды или смесью паров воды с воздухом при молярном соотношении вода: воздух, равном 1: 0,05-0,5, при температуре 340-440^оС в течение 10-50 ч. Способ получения диимида пиромеллитовой кислоты заключается в следующем: пары воды или смесь паров воды с воздухом пропускают через слой катализатора при температуре 340-440^оС в течение 10-50 ч. В реактор подают воду со скоростью 100-350 г на литр катализатора в час или смесь паров воды с воздухом в молярном соотношении вода: воздух 1:0,05-0,5. Затем подают исходный дурол в смеси с аммиаком, воздухом и водой при молярном соотношении дурол: аммиак: кислород: вода= 1: 3,5-4,0: 15-17: 120-150 и температуре реакционной зоны 420-460^оС. Время контакта 1,6-1,9 с. Выход диимида пиромеллитовой кислоты составляет 60-65% от теоретически возможного в расчете на взятый для реакции дурол. Диимид пиромеллитовой кислоты получают высокой степени частоты (99,9%) с т.пл. 440^оС. Используемый высокотитанистый катализатор после одноразовой предварительной обработки парами воды в течение длительного времени (более 10000 ч) обеспечивает высокий выход диимида пиромиллитовой кислоты. Увеличение содержания ТiО₂ в катализаторе приводит к улучшению его физических свойств. Катализаторы, обогащенные TiO₂, обладают более высокой механической прочностью, термостойкостью и способностью работать в течение длительного времени, не разрушаясь и не изменяя своих каталитических свойств по сравнению с катализаторами, содержащими небольшое количество TiO₂, в частности контактами состава V₂O₅:TuO₂=1:0,5. П р и м е р 1. Процесс осуществляют на установке проточного действия с реакционной трубкой из нержавеющей стали диаметром 22 мм и длиной 1200 мм. Катализатор состава V₂O₅: TiO=1:16 загружают в реактор в количестве 0,1 л. Через слой катализатора пропускают пары воды в течение 30 ч при температуре 440^оС. Воду подают в количестве 100 г на литр катализатора в час. Затем при температуре 440^оС пропускают смесь реагирующих компонентов, состоящую из дурола, воды, аммиака и воздуха. Скорость подачи дурола 25 г, воды 505 г, аммиака 13 г и воздуха 300 л на литр катализатора в час. Молярное соотношение дурол: аммиак: кислород: вода= 1:4:15:150. Продолжительность 10 ч. Всего подают 25 г дурола. Продукты реакции улавливают в циклоне с водяной пленкой. Циклон орошают 2-ным водным раствором серной кислоты. Твердый продукт реакции отфильтровывают и промывают бензолом. Получают 26,2 г диимида пиромеллитовой кислоты, с т. пл. 440^оС, что составляет 65,0% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола 95% Найдено, М 56,28; Н 1,78; N 12,74. С₁₀Н₄О₄N₂ Вычислено, С 55,55; Н 1,85, N 12,96. При введении процесса по описываемому способу без предварительной обработки катализатора парами воды получают 19,7 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 49,0 от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола 67% П р и м е р 2. Способ осуществляют по примеру 1. Черед слой катализатора пропускают пары воды в смеси с воздухом. Воду подают со скоростью 250 г, воздух 100 л на литр катализатора в час в течение 40 ч. Температура 400^оС. Молярное соотношение вода: воздух 1:0,3. Затем при температуре 420^о пропускают смесь дурола, воздуха, аммиака и воды. Скорость подачи дурола 25 г, воды 402 г, аммиак 11,1 г и воздуха 339,2 л, на литр катализатора в час. Молярное соотношение дурол: аммиак: кислород: вода 1:3,5:17:120. Продолжительность 5 ч. Всего дурола подают 12,5 г. Получают 12,1 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 60% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола составляет 93% При ведении процесса по описываемому способу без предварительной обработки катализатора парами воды получают 9,3 г диимида пиромеллитовой кислоты, что оставляет 46% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола 62% П р и м е р 3. Способ осуществляют по примеру 1. Через слой катализатора пропускают пары воды со скоростью 350 г на литр катализатора в час. Пары воды пропускают при температуре 340^оС в течение 50 ч. Затем подают те же количества дурола, аммиака, воздуха и воды, что и в примере 2. Температура опыта 460^оС. Продолжительность опыта 10 ч. За опыт подают 25 г дурола. Получают 24,6 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 61% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола полная. При ведении процесса по описываемому способу без предварительной обработки катализатора парами воды получают 21 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 52% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола 69 от теоретического в расчете на поданный дурол. П р и м е р 4. Способ осуществляют по примеру 1. Через слой катализатора в течение 50 ч при температуре 420^оС пропускают пары воды в смеси с воздухом. Воду подают со скоростью 25 г, воздух 15,6 л на литр катализатора в час. Молярное соотношение вода: воздух 1:0,5. Затем при температуре 430^оС подают дурол, аммиак, воздух и воду. Скорость подачи исходных реагентов, как в примере 1. Продолжительность 10 ч. Подают 25 г дурола. Выделяют 24,2 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 60% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола составляет 92% При ведении процесса по описанному способу без предварительной обработки катализатора парами воды получают 19,3 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 48% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола составляет 63% П р и м е р 5. Способ осуществляют по примеру 1. Через слой катализатора в течение 10 ч при температуре 420^оС пропускают пары воды в смеси с воздухом. Воду подают со скоростью 350 г, воздух 43,5 л на литр катализатора в час. Молярное соотношение вода: воздух= 1:0,1. Затем при температуре 450^оС подают дурол, аммиак, воздух и воду. Скорость по-дачи исходных реагентов, как в примере 2. Продолжительность опыта 10 ч. За опыт подают 25 г дурола. Получают 25,4 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 63 от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола составляет 97% При ведении процесса по описываемому способу без предварительной обработки катализатора парами воды получают 20,1 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 50% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола составляет 67% П р и м е р 6. Способ осуществляют по примеру 1. Пары воды с воздухом пропускают через слой катализатора в течение 30 ч при температуре 420^оС. Воду подают со скоростью 350 г, воздух 21,7 л на литр катализатора в час. Молярное соотношение вода: воздух=1;0,05. Затем проводят окислительный аммонолиз дурола при температуре 440^оС. Скорость подачи дурола 25 г, воды 505, аммиака 13 г и воздуха 300 л на литр катализатора в час. Молярное соотношение дурол: аммиак: кислород: вода=1:4: 15:150. Продолжительность опыта 10 ч. Всего за опыт подают 25 г дурола. Получают 25,8 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 64% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола составляет 92,5%
При ведении процесса по описываемому способу без предварительной обработки контакта парами воды с воздухом получают 19,5 г диимида пиромеллитовой кислоты, что составляет 48,5% от теоретического в расчете на поданный дурол. Конверсия дурола 67%
Таким образом, описываемый способ получения диимида пиромеллитовой кислоты позволяет увеличить выход целевого продукта с 55 до 60-65% и получать продукт высокой чистоты.

Формула изобретения

Способ получения диимида пиромеллитовой кислоты парофазным окислительным аммонолизом дурола на окисном ванадийтитановом катализаторе при повышенной температуре в присутствии воды, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, процесс осуществляют при температуре 420 - 460^oС при молярном соотношении: дурол: аммиак: кислород: вода, равном 1 3,5 4,0 15 17 120 150 на катализаторе с молярным соотношением окислов U₂O₅:TiO₂, равном 1 16, предварительно обработанном парами воды или смесью паров воды с воздухом при молярном соотношении вода: воздух равном 1 0,05 0,5, при температуре 340 440^oС в течение 10 50 ч.