10.3.3. Процесс внииос

Этот процесс получения фталевого ангидрида окислением о-ксилола в жидкой фазе лишен недостатков парофазного и рассмотренного жидкофазного способов. Он обеспечивает селективность по фталевому ангидриду свыше 90%.

Процесс ВНИИОС состоит в совместном каталитическом окислении о-ксилола и метилового эфира о-толуиловой кислоты (о-метилтолуиат) кислородом воздуха под давлением. Образующийся при окислении о-метилтолуилата метиловый эфир о-фталевой кислоты при 463 К практически количественно распадается на фталевый ангидрид и метанол. Получающаяся при окислении о-ксилола о-толуиловая кислота этерифицируется метанолом до о-метилтолуилата, который вновь подается на окисление.

Процесс может быть описан следующими реакциями:

Процесс включает следующие стадии:

- совместное окисление о-ксилола и о-метилтолуилата;

- выделение фталевого ангидрида;

- этерификация о-толуиловой кислоты метанолом.

Процессы окисления о-ксилола и о-метилтолуилата протекают при одинаковых давлении и концентрации катализатора, близких расходах воздуха и описываются кинетическим уравнением:

где ω - скорость окисления сырья, моль/л · с); k^н – наблюдаемая константа скорости, л/моль· с); с - концентрация сырья, моль/л; 1,2- порядок реакции по сырью.

Совместное окисление о-ксилола и о-метилтолуилата проводят в две стадии. Процесс осуществляют при давлении 1,0 МПа в интервале температур 453-473 К. При проведении процесса по непрерывной схеме наилучшие результаты были получены при использовании реактора полного смешения реагирующих веществ. Кинетические кривые, характеризующие изменение состава оксидата при совместном окислении компонентов в оптимальном режиме, представлены на рис. 10.6.

При времени пребывания сырья в зоне реакции 20 мин имели место максимальный выход продуктов и оптимальное соответствие между выходами фталевого ангидрида и о-толуиленовой кислоты.

Степень конверсии о-ксилола в о-толуиловую кислоту составляет 56%, а о-метилтолуилата во фталевый ангидрид - 25%. Суммарный выход целевых продуктов – 98%.

В результате совместного окисления о-ксилола и о-метилтолуилата получают оксидат сложного состава, содержащий непрореагировавший эфир, о-толуиловую кислоту, фталевый ангидрид, фталид и другие продукты. Фталевый ангидрид из этой смеси выделяют методом гидротации его во фталевую кислоту полуторным избытком воды по отношению к реакционной массе при 373-378 К и 0,12 МПа. Образующаяся фталевая кислота практически полностью растворяется в горячей воде. При охлаждении водного раствора до 313 К из него выделяют фталевую кислоту, которую при 503 К дегидратируют во фталевый ангидрид чистотой 99,9%.

Синтез метилового эфира о-толуиловой кислоты осуществляют в условиях некаталитической этерификации при сверхкритических для метанола температуре и давлении. В оптимальных условиях при мольном соотношении кислота:метанол, равном 1:10, конверсия кислоты составляет 98% при селективности 100%.

Принципиальная технологическая схема процесса получения фталевого ангидрида жидкофазным окислением о-ксилола представлена на рис.10.7.

Основные показатели паро- и жидкофазного процессов получения фталевого ангидрида приведены в табл. 10.2.