JP2010150249A - Method for producing high-purity bisphenol a by using direct crystallization method of bisphenol a (bpa) - Google Patents
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Abstract
【課題】高純度ビスフェノールAを製造する方法を提供する。
【解決手段】特定のプロセスストリームのフェノール、ビスフェノールAおよび溶媒(95重量%のアセトンおよび5重量%の水の混合物である。)からなる3成分系の相平衡挙動を操作し、溶液からの晶析によって、直接、実質的に純粋なビスフェノールAを回収し、かつ、洗浄および再結晶によってビスフェノールAの結晶純度をさらに高めるビスフェノールAの製造方法、および、ビスフェノールAとフェノールを含む生成物溶液を作り出す反応ユニット、混合/分離ユニット、晶析ステージ、不純物除去ユニット、再晶析ステージを有する製造システム。
【選択図】図1A method for producing high purity bisphenol A is provided.
Manipulating the phase equilibrium behavior of a ternary system consisting of phenol, bisphenol A and a solvent (which is a mixture of 95% by weight acetone and 5% by weight water) in a specific process stream to produce crystals from solution. Analysis produces directly a substantially pure bisphenol A and produces a method for producing bisphenol A that further increases the crystal purity of bisphenol A by washing and recrystallization, and a product solution containing bisphenol A and phenol. A production system having a reaction unit, a mixing / separation unit, a crystallization stage, an impurity removal unit, and a recrystallization stage.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ビスフェノールA(BPA)の製造方法を提供する。より詳しくは、本発明は特定のプロセスストリームの相平衡挙動が操作され、溶液からの晶析によって、直接、実質的に純粋なビスフェノールAを回収し、洗浄および再晶析によってビスフェノールAの結晶純度をさらに向上する、ビスフェノールAの製造方法を提供する。 The present invention provides a process for producing bisphenol A (BPA). More particularly, the present invention manipulates the phase equilibrium behavior of a particular process stream, recovers substantially pure bisphenol A directly by crystallization from solution, and crystal purity of bisphenol A by washing and recrystallization. A process for producing bisphenol A is provided which further improves
ビスフェノールAは、さまざまなポリマー(例えばエポキシ樹脂およびポリカーボネート樹脂)の生産のための原料または中間体として使われるので、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、(ビスフェノールA、以下「4,4−BPA」または単に「BPA」とも言う)のようなビスフェノール類の生産方法は重要なプロセスである。1つの用途として、ビスフェノールAは、商業的なポリカーボネート樹脂を作り出すために、ホスゲンと反応される。高品質ポリカーボネート(例えばそれらは電子機器およびディスク駆動装置産業の光学式媒体として使用される)は、原料として非常に純粋なビスフェノールAを必要とする。従って、高純度ビスフェノールAの製造方法を開発することに、多大な努力が向けられてきた。 Since bisphenol A is used as a raw material or intermediate for the production of various polymers (eg, epoxy resins and polycarbonate resins), 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, (bisphenol A, hereinafter “4, Bisphenol production methods such as “4-BPA” or simply “BPA”) are important processes. In one application, bisphenol A is reacted with phosgene to create a commercial polycarbonate resin. High quality polycarbonates (eg, they are used as optical media in the electronics and disk drive industries) require very pure bisphenol A as a raw material. Therefore, great efforts have been directed toward developing a method for producing high purity bisphenol A.
一般に、ビスフェノールAは、塩酸のような酸触媒または、より一般的には酸性イオン交換樹脂を触媒として、公知のアセトンとフェノールの液相縮合反応によって製造される。反応生成物は、一般に所望のビスフェノールA、未反応の反応物質、最も注目すべき副生物である水、そして、ビスフェノールAの異性体、類似化合物および同属化合物を含めた種々の不純物を含有する。これらは、2ー(2−ヒドロキシフェニル)−2ー(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(以降、「o,p−ビスフェノール異性体」または「2,4−BPA」とも言う)、ダイアニン化合物、クロマン類、トリスフェノール類、ポリフェノール類、そして、好ましくない有色物質を含む。反応生成物から、ビスフェノールAの結晶を精製回収するために種々の方法が用いられる。ビスフェノールAの精製および回収は、一般的に、システム全体の半分かそれ以上の投資を必要とし、公知技術はしばしば非常に費用が高く、多大なエネルギーを使用する。 In general, bisphenol A is produced by a known liquid phase condensation reaction between acetone and phenol using an acid catalyst such as hydrochloric acid or more generally an acidic ion exchange resin as a catalyst. The reaction product generally contains the desired bisphenol A, unreacted reactants, water, the most notable by-product, and various impurities including bisphenol A isomers, analogs and congeners. These are 2- (2-hydroxyphenyl) -2- (4-hydroxyphenyl) propane (hereinafter also referred to as “o, p-bisphenol isomer” or “2,4-BPA”), dianine compounds, and chromans. , Trisphenols, polyphenols, and undesirable colored substances. Various methods are used to purify and recover bisphenol A crystals from the reaction product. The purification and recovery of bisphenol A generally requires an investment of half or more of the entire system, and the known techniques are often very expensive and use a great deal of energy.
縮合反応の後、結果として生じる混合物は、晶析によりビスフェノールA製品を回収する前に、通常蒸留によって濃縮され、未反応のアセトン、反応生成水および、多少のフェノールが取り除かれる。米国特許第5,783,733号には、イオン交換樹脂触媒存在下でフェノールとケトンを反応させ、ビスフェノールAを含有する反応生成物ストリームを製造するビスフェノールAの製造方法の先行技術を記載する。晶析の前に、過剰なフェノール、水およびアセトンが生成物ストリームから取り除かれる。晶析は、このケースでは溶融晶析であるが、粗製ビスフェノールAを精製するために用いられる。特に部分溶融(発汗)および完全溶融の連続した晶析ステップを有する、多段分割溶融晶析が用いられる。この種のフェノール除去および溶融晶析技術は、主要な機器およびエネルギー消費に関して非常に多くの費用がかかる。 After the condensation reaction, the resulting mixture is usually concentrated by distillation to remove unreacted acetone, reaction product water, and some phenol before recovering the bisphenol A product by crystallization. US Pat. No. 5,783,733 describes the prior art of a process for producing bisphenol A by reacting phenol and ketone in the presence of an ion exchange resin catalyst to produce a reaction product stream containing bisphenol A. Prior to crystallization, excess phenol, water and acetone are removed from the product stream. Crystallization is melt crystallization in this case, but is used to purify crude bisphenol A. In particular, multistage split melt crystallization is used, with continuous crystallization steps of partial melting (sweat) and complete melting. This type of phenol removal and melt crystallization technology is very expensive with respect to major equipment and energy consumption.
他の公知技術においては、最初に、晶析によってビスフェノールAとフェノールの付加物(Adduct)結晶(これを以下、「付加物結晶」と称することがある)を得、そして、付加物結晶は公知の方法、例えば抽出、蒸留、脱フェノール、スチームストリッピングまたはプリル化によって分解され、高純度ビスフェノールAを製造する。 In another known technique, first, an adduct crystal of bisphenol A and phenol (hereinafter, sometimes referred to as “adduct crystal”) is obtained by crystallization, and the adduct crystal is known. To produce high purity bisphenol A by extraction, distillation, dephenol, steam stripping or prilling.
この先行技術は、例えば、米国法定発明登録 US H1943では、反応液が直接的に晶析装置に供給され、液相並びにビスフェノールAおよびフェノールの等モル付加物結晶の固体結晶相からなるスラリーを形成する。該付加物結晶は液体(「母液」と称する)から分離され、一連のフェノール除去ステップまたは脱フェノールステップにおいて、フェノールは付加物結晶から取り除かれる。最後に、多段分割溶融晶析を実施した後、製品ビスフェノールAが製造される。 In this prior art, for example, in the US Legal Invention Registration US H1943, a reaction solution is directly supplied to a crystallizer to form a slurry comprising a liquid phase and a solid crystal phase of equimolar adduct crystals of bisphenol A and phenol. To do. The adduct crystals are separated from the liquid (referred to as “mother liquor”) and the phenol is removed from the adduct crystals in a series of phenol removal or dephenol steps. Finally, the product bisphenol A is produced after performing multistage split melt crystallization.
付加物結晶からフェノールを取り除くステップは、建設コストが非常に高い上に、システムを複雑化させる。しばしば、この種のステップはビスフェノールAおよびフェノールの付加物結晶を最高約250℃の高温に曝し、ここで、分解または望ましくない反応が発生する可能性がある。 The step of removing phenol from the adduct crystals is very expensive to construct and complicates the system. Often, this type of step exposes bisphenol A and phenol adduct crystals to high temperatures up to about 250 ° C., where decomposition or undesirable reactions may occur.
米国特許第4,294,994号には、付加物結晶を約50℃〜約150℃の温度範囲に曝し、そして典型的には、約150℃から約250℃の温度範囲において、フェノールの沸点よりも低い沸点を有する少量の液体成分を噴霧乾燥条件状況下に供給し、除去されたフェノールからビスフェノールAを回収することによって、ビスフェノールAおよびフェノールの付加物結晶からフェノールを除去する方法が記載されている。得られたビスフェノールAの純度は、最高約99重量%である、しかしながら、この方法は、ビスフェノールAの付加物結晶およびフェノールが、通常熱分解が発生するような高温を経験するという重大な欠点を抱えている。 In US Pat. No. 4,294,994, adduct crystals are exposed to a temperature range of about 50 ° C. to about 150 ° C., and typically in the temperature range of about 150 ° C. to about 250 ° C., the boiling point of phenol. A method is described for removing phenol from bisphenol A and phenol adduct crystals by supplying a small amount of liquid component having a lower boiling point under spray drying conditions and recovering bisphenol A from the removed phenol. ing. The purity of the bisphenol A obtained is up to about 99% by weight, however, this process has the serious disadvantage that the adduct crystals of bisphenol A and the phenol typically experience high temperatures at which thermal decomposition occurs. I have it.
米国特許第4,798,654号の実施例に記載されているように、付加物結晶からフェノールを取り除く他の技術は蒸留である。詳しくは、該特許にはビスフェノールAおよびフェノールの付加物結晶を、約160℃から約200℃の温度範囲において脱フェノール塔内で蒸留し、蒸留塔頂からフェノールを蒸留塔底からビスフェノールAを回収し、塔底液の一部を脱フェノール塔の供給液にリサイクルすることから成るビスフェノールAの製造方法が記載されている。蒸留塔の固結が予防され、1年のような長い期間の間の連続操作が可能であると言われている。しかしながら、脱フェノール塔の塔底から得られるビスフェノールA製品のフェノール含有量は、なお約2%まである。 Another technique for removing phenol from adduct crystals is distillation, as described in the examples of US Pat. No. 4,798,654. Specifically, the patent discloses bisphenol A and adduct crystals of phenol distilled in a dephenol tower at a temperature range of about 160 ° C. to about 200 ° C., recovering phenol from the top of the distillation tower and recovering bisphenol A from the bottom of the distillation tower In addition, a method for producing bisphenol A is described which comprises recycling a part of the column bottom liquid to the feed liquid of the dephenol tower. It is said that consolidation of the distillation column is prevented and continuous operation for a long period such as one year is possible. However, the phenol content of the bisphenol A product obtained from the bottom of the dephenol tower is still up to about 2%.
ビスフェノールAの製造において様々な検討がなされているが、更なる改善が必要とされている。上述した先行技術は、ビスフェノールAとフェノールの付加物結晶の分離という中間ステップや、付加物結晶からフェノールを完全に除去するための高コストのステップ、純粋な固体状態のビスフェノールAを得るための更に高コストのステップを必要とする。更に、ビスフェノールAの結晶純度の必要条件がより厳しくなるにつれて、ビスフェノールAの製造プロセスの複雑さとコストは増大する。したがって、高純度ビスフェノールAを製造のための改良プロセスを提供することが望まれている。 Various studies have been made in the production of bisphenol A, but further improvements are needed. The prior art described above includes an intermediate step of separation of adduct crystals of bisphenol A and phenol, an expensive step to completely remove phenol from the adduct crystals, and further to obtain bisphenol A in a pure solid state. Requires expensive steps. Furthermore, as the crystal purity requirements for bisphenol A become more stringent, the complexity and cost of the bisphenol A manufacturing process increases. Accordingly, it is desirable to provide an improved process for producing high purity bisphenol A.
したがって、本発明は、改善されたビスフェノールAの製造方法を提供する。本発明の方法は記載のごとく、ビスフェノールAが生成物溶液から直接結晶化されるように、フェノール、ビスフェノールA、不純物および溶媒から成るシステムの相平衡挙動が選択的に制御される。様々な長所のなかでも、本発明の方法は、フェノールとビスフェノールAの付加物結晶を回収する中間ステップを必要とすることなく、反応に続く実質的に純粋なビスフェノールAの直接的な晶析法を提供する。このことは製造ステップの大幅な減少を導き、それによって建設費とエネルギーコストを削減し、ビスフェノールAの製造のための非常により単純なプロセスを提供する。 Accordingly, the present invention provides an improved process for producing bisphenol A. As described, the process of the present invention selectively controls the phase equilibrium behavior of the system consisting of phenol, bisphenol A, impurities and solvent so that bisphenol A is crystallized directly from the product solution. Among various advantages, the method of the present invention is a direct crystallization method of substantially pure bisphenol A following the reaction without requiring an intermediate step to recover the adduct crystals of phenol and bisphenol A. I will provide a. This leads to a significant reduction in production steps, thereby reducing construction and energy costs and providing a much simpler process for the production of bisphenol A.
より詳しくは、一つの実施態様において、本発明は、ビスフェノールAを主にビスフェノールAおよびフェノールを含んでいる生成物溶液から製造する方法、すなわち、必要に応じて生成物溶液からフェノールの一部を除去し、かつ、選択した量の溶媒を供給して所望の相平衡挙動を有する生成物溶液を得、選択された温度で操作されている晶析ステージに選択した組成を有する生成物溶液を供給して結晶の形で実質的に純粋なビスフェノールAを回収し、そして、ビスフェノールAの結晶を洗浄して結晶に付着した残液を取り除く方法を提供する。必要に応じて、より高純度のビスフェノールAの結晶は、固体のビスフェノールAの再晶析を経て得ることが可能である。この場合、本発明の方法はまた一つ以上の再晶析ステージを含み、そして各々のステップが次のステップ、すなわち、必要に応じて生成物溶液からフェノールの一部を除去するステップ、選択した量の溶媒を供給して所望の相平衡挙動を有する生成物溶液を得るステップ、選択された温度で操作されている晶析ステージに選択した組成を有する生成物溶液を供給して結晶の形で実質的に純粋なビスフェノールAを回収するステップ、ビスフェノールAの結晶を洗って結晶に付着した残液を取り除くステップを含む。 More particularly, in one embodiment, the present invention relates to a process for producing bisphenol A from a product solution comprising primarily bisphenol A and phenol, i.e., if necessary, removing a portion of the phenol from the product solution. Remove and supply a selected amount of solvent to obtain a product solution having the desired phase equilibrium behavior, and supply a product solution having the selected composition to the crystallization stage operated at the selected temperature Thus, there is provided a method of recovering substantially pure bisphenol A in the form of crystals and washing the crystals of bisphenol A to remove residual liquid adhering to the crystals. If necessary, higher purity bisphenol A crystals can be obtained through recrystallization of solid bisphenol A. In this case, the method of the present invention also includes one or more recrystallization stages, and each step is selected to be a next step, i.e., removing a portion of the phenol from the product solution as needed. Supplying a quantity of solvent to obtain a product solution having a desired phase equilibrium behavior, supplying a product solution having a selected composition to a crystallization stage operating at a selected temperature and in the form of crystals Recovering substantially pure bisphenol A, washing the crystals of bisphenol A to remove residual liquid adhering to the crystals.
一つの態様では、本発明の方法は、減少した不純物を含むビスフェノールAの結晶を提供する。本発明の方法は以下のステップを含む:
触媒の存在下にフェノールとアセトンを反応させて少なくともビスフェノールAとフェノールを含む生成物溶液を生成させ、ビスフェノールA、フェノールおよび溶媒が生成物溶液の成分間の相平衡関係を示し、それらはビスフェノールAとビスフェノールA/フェノールの付加物をそれぞれ晶析させることができる多熱3成分系相平衡の投影図によって表わされる区画で示されているステップ;
晶析ステージにおいて、該晶析ステージへの供給液の選択的な組成にて、付加物の晶析をおこすことなく直接的にビスフェノールA結晶が生成するようにビスフェノールA結晶を最初に晶析させるステップ;
溶媒を除いたビスフェノールA結晶の全不純物量が1.0wt%を超えないようにビスフェノールA結晶の不純物を減らすステップ;
再晶析ステージにおいて、付加物が晶析することなく実質的に純粋なビスフェノールA結晶を直接製造する晶析を行うビスフェノールA結晶を再晶析させるステップ。
In one embodiment, the method of the present invention provides crystals of bisphenol A containing reduced impurities. The method of the present invention includes the following steps:
Phenol and acetone are reacted in the presence of a catalyst to produce a product solution containing at least bisphenol A and phenol, wherein bisphenol A, phenol and solvent exhibit a phase equilibrium relationship between the components of the product solution, which is bisphenol A And the steps shown in the plots represented by the projection diagram of the multi-thermal ternary phase equilibria capable of crystallizing the bisphenol A / phenol adduct, respectively;
In the crystallization stage, the bisphenol A crystal is first crystallized so that the bisphenol A crystal is directly generated without crystallization of the adduct with the selective composition of the supply liquid to the crystallization stage. Step;
Reducing the impurities of the bisphenol A crystals so that the total amount of impurities of the bisphenol A crystals excluding the solvent does not exceed 1.0 wt%;
Recrystallizing the bisphenol A crystal in the recrystallization stage, which crystallizes directly to produce substantially pure bisphenol A crystal without crystallization of the adduct.
別の態様では、本発明は、不純物が減少されたビスフェノールAの結晶を製造するシステムを提供する。そのシステムは以下を含む:
少なくともビスフェノールAとフェノールを含む生成物溶液を生成する反応ユニット; 反応器ユニットから生成物溶液を受け取り、1もしくは複数のリサイクル流と混合することによって生成物溶液の組成を選択的に調整するように構成されている、混合/分離ユニット;
混合/分離ユニットから調整された生成物溶液を受け取り、晶析により付加物結晶とビスフェノールA結晶を選択的に生産する晶析ステージ;
晶析ステージから付加物結晶とビスフェノールA結晶を受け取り溶媒を除いたビスフェノールA結晶の全不純物量が1.0wt%を超えないような付加物とビスフェノールA結晶不純物量を減らすように構成されている、不純物除去ユニット;
不純物除去ユニットから付加物結晶とビスフェノールA結晶を受け取り、付加物の晶析をすることなく実質的に純粋なビスフェノールA結晶を直接製造するように晶析させる再晶析ステージ。
In another aspect, the present invention provides a system for producing crystals of bisphenol A with reduced impurities. The system includes:
A reaction unit that produces a product solution comprising at least bisphenol A and phenol; to receive the product solution from the reactor unit and selectively adjust the composition of the product solution by mixing with one or more recycle streams; Configured, mixing / separation unit;
A crystallization stage that receives the prepared product solution from the mixing / separation unit and selectively produces adduct crystals and bisphenol A crystals by crystallization;
The adduct crystal and the bisphenol A crystal are received from the crystallization stage, and the total amount of impurities of the bisphenol A crystal excluding the solvent does not exceed 1.0 wt%. , Impurity removal unit;
A recrystallization stage that receives adduct crystals and bisphenol A crystals from the impurity removal unit and crystallizes to produce substantially pure bisphenol A crystals directly without crystallization of the adducts.
本発明のシステム及び方法は、フェノールおよびビスフェノールAの付加物結晶を回収する中間のステップを必要とすることなく、反応後の生成物溶液から、ビスフェノールAの直接的な晶析法を提供するものであり、これは本発明の重要な利点であり、また先行技術の教示に反することでもある。 The system and method of the present invention provides a direct crystallization method of bisphenol A from the product solution after reaction without requiring an intermediate step of recovering the adduct crystals of phenol and bisphenol A. This is an important advantage of the present invention and is also contrary to the teachings of the prior art.
中間の付加物晶析ステージが省略されるため、本発明は付加物結晶からフェノールを完全除去する必要性、例えば脱フェノール装置のように、通常は高価なステップで実施される必要性がないことが更なる利点である。本発明の方法は反応後の生成物溶液からフェノールの部分的な除去しか必要としない。このように、フェノール蒸発のためのエネルギーコストが大きく低減する。さらにまた、この部分的なフェノール除去は、フェノールの非常に高い濃度で行われるので、従来のプロセスより非常に費用効果が高い。 Since the intermediate adduct crystallization stage is omitted, the present invention does not require the complete removal of phenol from the adduct crystals, for example, usually in expensive steps as in a dephenolizer. Is a further advantage. The process of the present invention requires only partial removal of phenol from the product solution after the reaction. Thus, the energy cost for phenol evaporation is greatly reduced. Furthermore, this partial phenol removal is performed at a very high concentration of phenol and is therefore much more cost effective than conventional processes.
さらにまた、本発明は溶液から直接に結晶形で高品質のビスフェノールAを回収するためのプロセスを提供する。そして、それは例えばプリル塔のような高価な固化装置を必要としない。
さまざまな本発明の態様に関する更なる詳細は、以下の開示において提供される。
本発明の他の目的および利点は、以下に提供される発明を実施するための形態および、以下の図の参照において明らかとなる:
Furthermore, the present invention provides a process for recovering high quality bisphenol A in crystalline form directly from solution. And it does not require expensive solidification equipment such as a prill tower.
Further details regarding various aspects of the invention are provided in the following disclosure.
Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and the following drawings.
発明の背景及び要約セクションを含む本明細書全体を通して、特定の用語が使用されている。これらの用語については、以下が参照される。
“ステージ”(例えば”晶析ステージ”)という用語は、本明細書では要求されている成果が得られるまで数回繰り返されるプロセスの一部を示していて、全ての繰り返しで1つの工程である。
“ステップ”という用語は、特定の課題(例えば反応ステップ、晶析ステップ、脱フェノールステップ)を達成するプロセスの基本的要素を示すか、又は全体のプロセスの一部を示している。
“ユニット”という用語(例えば 装置ユニット)は、例えば、晶析機、反応器などの装置を示すように使用されている。
Certain terms are used throughout this specification, including the background and summary section of the invention. For these terms, reference is made to the following.
The term “stage” (eg, “crystallization stage”) refers herein to a portion of a process that is repeated several times until the required result is achieved, and is one step for all iterations. .
The term “step” indicates a basic element of the process that accomplishes a particular task (eg, reaction step, crystallization step, dephenolization step) or indicates part of the overall process.
The term “unit” (eg, equipment unit) is used to refer to equipment such as, for example, a crystallizer, a reactor, and the like.
本発明者らは、晶析ステージに供給される生成物溶液(晶析ステージへの供給溶液と称することもある)の相平衡の挙動が選択的に制御されることにより、プロセス操作のために選択された結果をもたらす、実質的に純粋なビスフェノールAを製造する方法を見い出した。本発明は、ビスフェノールA、フェノールおよび溶媒の相平衡の操作および選択的制御を提供する。システムが他の成分または溶質(例えば不純物、未反応の反応物質、異性体など)を含んでいるかもしれないことは、当業者によってよく理解されていなければならない。しかしながら、本発明の目的を達成するために、我々は溶液の主要成分(フェノール、ビスフェノールAおよび溶媒)のみを考慮する。ここで、溶媒は擬似成分であり、純粋な溶媒成分または2つかそれ以上の溶媒成分の混合物を表す。このように、本システムは、3成分相平衡システムとして特徴づけられる。 The inventors have selectively controlled the phase equilibrium behavior of the product solution (sometimes referred to as the feed solution to the crystallization stage) fed to the crystallization stage for process operation. We have found a process for producing substantially pure bisphenol A that yields selected results. The present invention provides for the manipulation and selective control of the phase equilibrium of bisphenol A, phenol and solvent. It should be well understood by those skilled in the art that the system may contain other components or solutes (eg, impurities, unreacted reactants, isomers, etc.). However, to achieve the objectives of the present invention, we consider only the major components of the solution (phenol, bisphenol A and solvent). Here, the solvent is a pseudo component and represents a pure solvent component or a mixture of two or more solvent components. Thus, the system is characterized as a three component phase equilibrium system.
本発明の実施形態において、3成分系の相平衡挙動は、選択した量の適切な溶媒を加えることによって操作される。適切な溶媒は以下を含むが、これに限定されるものではない:水、ケトン(例えばアセトン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトン)、アルコール類(例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、2−ブタノール、t−ブタノールおよび1,2−エチレングリコール)、アミン類(例えばジメチルアミン、Nメチル−2−ピロリドン)、炭化水素類(例えば芳香族炭化水素類)、そして、他の溶媒(例えばジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシド)。アセトンは反応物質であって系内に存在するので、それは溶媒として採用すると有用である。また、水は反応副生物であるため、それは溶媒として当然の選択である。本発明の好ましい実施例において、溶媒はアセトンと水の混合物を含む。 In embodiments of the invention, the phase equilibrium behavior of the ternary system is manipulated by adding a selected amount of a suitable solvent. Suitable solvents include, but are not limited to: water, ketones (eg, acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone), alcohols (eg, methanol, ethanol, isopropanol, 2-butanol, t-butanol and 1,2-ethylene glycol), amines (eg, dimethylamine, N-methyl-2-pyrrolidone), hydrocarbons (eg, aromatic hydrocarbons), and other solvents (eg, dimethylformamide and dimethylsulfoxide). Since acetone is a reactant and is present in the system, it is useful when employed as a solvent. Also, since water is a reaction byproduct, it is a natural choice as a solvent. In a preferred embodiment of the present invention, the solvent comprises a mixture of acetone and water.
圧力は固体と液体間の相平衡にほとんど影響しないため、本発明によって教示されるように、3成分系の相平衡挙動は、3次元空間でのイメージを表現した等圧での温度−濃度線図において代表されうる。組成座標はXY平面の三角形格子上に重量分率でプロットされうる。そして、温度は追加した縦軸(Z軸)上にプロットされうる。このことによって、三次元の三角柱状の多熱相図に導く。しかしながら、それは、多次元の相図を用いた検討には不便である。幸い、この3成分系のために、晶析設計に関する重要な情報の多くは、三角形基準上への2次元の投影図において代表されうる。これは、プリズム底面(XY平面)上へ、温度軸(Z軸)に沿って相図を投影することによって得られ、相平衡線図の多熱投影図と称する。相平衡線図に関する更なる詳述は米国特許第6,960,697号に見られるが、そこに開示されていることは全て本明細書に明確に引用されるものとする。 Since pressure has little effect on the phase equilibrium between a solid and a liquid, as taught by the present invention, the phase equilibrium behavior of a ternary system is a temperature-concentration line at isobaric pressure representing an image in three-dimensional space. It can be represented in the figure. Composition coordinates can be plotted in weight fraction on a triangular grid in the XY plane. The temperature can then be plotted on the added vertical axis (Z-axis). This leads to a three-dimensional triangular prism-shaped multithermal phase diagram. However, it is inconvenient for studies using multidimensional phase diagrams. Fortunately, because of this ternary system, much of the important information about crystallization design can be represented in a two-dimensional projection onto a triangle reference. This is obtained by projecting a phase diagram along the temperature axis (Z axis) onto the prism bottom surface (XY plane), and is referred to as a multi-thermal projection diagram of a phase equilibrium diagram. Further details regarding the phase equilibrium diagram can be found in US Pat. No. 6,960,697, all of which is expressly incorporated herein by reference.
相平衡線図の多熱投影図は、複数の相領域を特色とするが、本発明(すなわち、ビスフェノールA区画)の教示に従って、ビスフェノールAの製造のための線図の重要な領域または区画は一つだけである。プロセス設計を考慮するときには、組成すなわち、晶析ステージへの供給液および晶析ステージの出口液組成(晶析ステージからの出口液は、「母液」と一般に称する)の2点の相図上の位置を制御することは重要である。適切な温度に混合物を冷やすようなさまざまな手段によって、または溶媒を蒸発させることによって、実質的に純粋なビスフェノールAの結晶を晶析させるために、その2点の両方が相図のビスフェノールAの区画の中に位置しなければならない。これらの2点は、晶析した固体の組成である3点目の位置と同一線上にある。また、晶析ステージからの所望の固体生成物の1回あたりの回収率をできるだけ大きくするために、晶析ステージへの供給液および晶析ステージの出口液(母液)を表す2点はその距離間隔を大きくすべきである。かくして、本システムに記載の実質的に純粋なビスフェノールAを製造するためには、晶析ステージの供給液と晶析ステージ出口液組成はビスフェノールAの区画内にあり、その一方で、その2点間の最大距離を有するように制御されなければならない。多熱投影の相図は、晶析ステージに対する供給液がビスフェノールA結晶を生成できる組成区域における領域を、明確に描写するために用いることができる。 The multi-thermal projection of the phase equilibrium diagram features multiple phase regions, but in accordance with the teachings of the present invention (ie, the bisphenol A compartment), the key regions or compartments of the diagram for the production of bisphenol A are There is only one. When considering the process design, on the two-point phase diagram of the composition, ie the feed liquid to the crystallization stage and the outlet liquid composition of the crystallization stage (the outlet liquid from the crystallization stage is commonly referred to as “mother liquor”) It is important to control the position. In order to crystallize substantially pure bisphenol A crystals by various means such as cooling the mixture to the appropriate temperature, or by evaporating the solvent, both of the two points are in the phase diagram of bisphenol A. Must be located in a parcel. These two points are on the same line as the position of the third point which is the composition of the crystallized solid. In order to maximize the recovery rate of the desired solid product from the crystallization stage as much as possible, the two points representing the supply liquid to the crystallization stage and the outlet liquid (mother liquid) of the crystallization stage are the distances. The interval should be increased. Thus, to produce the substantially pure bisphenol A described in the present system, the crystallization stage feed and crystallization stage outlet liquid compositions are within the bisphenol A compartment, while the two Must be controlled to have a maximum distance between. The multi-thermal projection phase diagram can be used to clearly delineate the region in the composition zone where the feed to the crystallization stage can produce bisphenol A crystals.
特に、図1について説明すると、フェノール、ビスフェノールAおよび溶媒(この場合、95重量%のアセトンおよび5重量%の水の混合物である。)からなる3成分系の多熱相図の投影が示されている。本明細書において、3成分系相平衡線図は、代用の正三角形の図表に対し、明確にするために、直角三角形として表されていることに注意を要する。本発明によれば、ビスフェノールA区画の境界の位置およびこのように区画のサイズは、2つの溶媒成分、この場合アセトンおよび水の濃度比を調整することによって、選択的に制御されるかまたは操作される。本発明において、晶析ステージへの供給液の組成および、それ故、相図上の供給点の位置は、供給液組成がビスフェノールA領域にあるように調整される。好ましくは、晶析ステージへの供給液組成が図1に示される陰影をつけられた領域にあることである。この例において、晶析ステージの供給液中の溶媒濃度は約0〜40重量%であり、供給液中のビスフェノールAの濃度は、約55〜100重量%の範囲である。より好ましくは、供給液中の溶媒濃度は約0〜15重量%の範囲であり、供給液中のビスフェノールAの濃度は約55〜100重量%の範囲である。 In particular, referring to FIG. 1, a projection of a ternary multi-thermal phase diagram consisting of phenol, bisphenol A and a solvent, in this case a mixture of 95% by weight acetone and 5% by weight water, is shown. ing. In this specification, it should be noted that the ternary phase equilibrium diagram is represented as a right triangle for the sake of clarity relative to the substitute equilateral triangle diagram. According to the present invention, the position of the boundary of the bisphenol A compartment and thus the size of the compartment is selectively controlled or manipulated by adjusting the concentration ratio of the two solvent components, in this case acetone and water. Is done. In the present invention, the composition of the feed liquid to the crystallization stage and hence the position of the feed point on the phase diagram is adjusted so that the feed liquid composition is in the bisphenol A region. Preferably, the composition of the feed liquid to the crystallization stage is in the shaded area shown in FIG. In this example, the solvent concentration in the feed liquid of the crystallization stage is about 0-40% by weight, and the concentration of bisphenol A in the feed liquid is in the range of about 55-100% by weight. More preferably, the solvent concentration in the feed solution is in the range of about 0-15% by weight and the concentration of bisphenol A in the feed solution is in the range of about 55-100% by weight.
本発明の教示において説明したように、ビスフェノールAの区画内の組成に晶析ステージへの供給溶液を作り出すために、晶析ステージへの供給液組成は反応ユニット出口液から部分的にフェノールを除去し、選択された量の溶媒を加えることにより制御される。このような除去は、例えば、反応ユニット出口液を一つ以上の蒸留塔に従属させることによってなされ、その中で反応ユニット出口液中のいくらかのフェノールが蒸発する。 As explained in the teachings of the present invention, the feed solution composition to the crystallization stage partially removes phenol from the reaction unit outlet liquid in order to create a feed solution to the crystallization stage in the composition within the compartment of bisphenol A. And controlled by adding a selected amount of solvent. Such removal is done, for example, by subjecting the reaction unit outlet liquid to one or more distillation columns, in which some phenol in the reaction unit outlet liquid evaporates.
上記したように、晶析ステージの出口液(母液としても知られる)の組成もまた、3成分系相図中のビスフェノールAの区画になければならない。この点の位置は晶析ステージにおいて、回収されるビスフェノールAの量に依存し、それは次に晶析ステージにおける晶析操作条件、例えば冷却式晶析装置のための操作温度に依存する。本発明により意図されているように、実質的に純粋なビスフェノールAの結晶を形成するために、ビスフェノールAの晶析ステージにおける晶析装置は、約0〜160℃間の温度領域において、好ましくは、50〜125℃の範囲で、そして、最も好ましくは70〜100℃の範囲で操作しなければならない。 As noted above, the composition of the crystallization stage outlet liquid (also known as the mother liquor) must also be in the bisphenol A compartment in the ternary phase diagram. The position of this point depends on the amount of bisphenol A recovered in the crystallization stage, which in turn depends on the crystallization operating conditions in the crystallization stage, for example the operating temperature for the cooled crystallizer. As contemplated by the present invention, in order to form substantially pure bisphenol A crystals, the crystallizer in the bisphenol A crystallization stage is preferably in the temperature range between about 0-160 ° C. In the range of 50-125 ° C and most preferably in the range of 70-100 ° C.
当業者によって周知のように、晶析ステージから得られる固体生成物の純度は、相平衡挙動だけでなく、速度論的な問題と物質移動の問題によっても決定される。晶析ステージへの供給液に存在する不純物は、種々の機構によって、結晶に取り込まれる可能性がある。最も重要なもののうちの1つは、晶析中の不純物を溶存している母液の取り込みによる結晶内への不純物の包含である。このタイプの不純物(包含不純物と称する)の量はいくつかの要因に依存する。 As is well known by those skilled in the art, the purity of the solid product obtained from the crystallization stage is determined not only by phase equilibrium behavior, but also by kinetic and mass transfer problems. Impurities present in the supply liquid to the crystallization stage may be taken into the crystal by various mechanisms. One of the most important is the inclusion of impurities into the crystal by the incorporation of a mother liquor in which the impurities being crystallized are dissolved. The amount of this type of impurity (referred to as an inclusion impurity) depends on several factors.
そして、その要因中、最も重要なものは過飽和度である。実際には、晶析ステージにおける晶析装置が、まさに固液平衡または飽和状態で操作されるというわけではなく、実際の晶析装置の温度は母液組成が固体と平衡である飽和温度とは異なる。このようにして、晶析のための推進力(「過飽和度」と一般に呼称する)が発生する。ビスフェノールAの結晶中の包含不純物をできるだけ小さくするために、過飽和度は、約0.1〜15℃の範囲であり、好ましくは、0.5〜10℃の範囲で、そして、最も好ましくは1〜5℃の範囲でなければならない。過飽和度はいかなる考えられる手段によって制御してもよいが、例えば、前記晶析装置を冷却する熱交換器を通してスラリーの再循環率を調整して、制御することができる。 Of these factors, the most important is supersaturation. In practice, the crystallizer in the crystallization stage is not exactly operated in solid-liquid equilibrium or saturation, and the actual crystallizer temperature is different from the saturation temperature at which the mother liquor composition is in equilibrium with the solid. . In this way, a driving force for crystallization (generally called “supersaturation”) is generated. In order to minimize the inclusion impurities in the crystals of bisphenol A, the supersaturation is in the range of about 0.1 to 15 ° C, preferably in the range of 0.5 to 10 ° C, and most preferably 1 Must be in the range of ~ 5 ° C. The degree of supersaturation may be controlled by any conceivable means, for example, by adjusting the slurry recirculation rate through a heat exchanger that cools the crystallizer.
不純物はまた、結晶から母液の不完全な除去により製品の結晶に取り込まれる可能性がある。母液の大半が例えばフィルタまたは遠心分離装置のような固液分離ユニットにおいて、分離された後、固体ケーキが形成される。若干の母液が固体ケーキの空隙部に残る。この液体は、残液と称するが、溶存した不純物を含み、次の処理ステップに持ち込まれる。結晶が後で乾燥される場合、残液の溶媒成分だけは蒸発するだろうが、比較的不揮発性の不純物が結晶に析出して、最終固体製品の純度を減少させる。これらの不純物は、表層不純物と称する。 Impurities can also be incorporated into the product crystals by incomplete removal of the mother liquor from the crystals. After most of the mother liquor is separated in a solid-liquid separation unit such as a filter or centrifuge, a solid cake is formed. Some mother liquor remains in the voids of the solid cake. This liquid is called residual liquid, but it contains dissolved impurities and is brought to the next processing step. If the crystals are later dried, only the solvent component of the residual liquid will evaporate, but relatively non-volatile impurities will precipitate on the crystals, reducing the purity of the final solid product. These impurities are referred to as surface layer impurities.
表層不純物の量をできるだけ少なくするために、固液分離装置から得られた結晶は洗浄および脱液されるが、それは異なる装置でも、または同一固液分離装置内で実施されてもよい。洗浄操作において、母液と比較してかなり低い濃度の不純物しか含んでいない液体を洗浄液と称し、固液分離ユニットで得られた固体ケーキにもたらされる。残液に対する洗浄液の質量流量比率は、洗浄比率として公知である。洗浄液はある程度残液と混ざるが、また、一部の残液と置換し、不純物が多い初期の残液を不純物が少ない液体と置換して全体の効率を与え、このようにして表層不純物の量を減らす。余剰液は固体ケーキから分離され、洗浄排液と称する。残液との混合および置換に加えて、結晶の部分溶解もまた起こりうる。それによって、結晶外層部の包含不純物の一部を取り出す。
洗浄ステージの特性能力は、下式のように洗浄比率の関数として定義され、洗浄排液の無次元不純物濃度に関して表すこともできる。
In order to minimize the amount of surface layer impurities, the crystals obtained from the solid-liquid separator are washed and drained, but they may be implemented in different apparatuses or in the same solid-liquid separator. In the washing operation, a liquid containing a considerably lower concentration of impurities compared to the mother liquor is referred to as a washing liquid, which is brought into the solid cake obtained in the solid-liquid separation unit. The mass flow rate ratio of the cleaning liquid to the remaining liquid is known as the cleaning ratio. The cleaning liquid mixes with the residual liquid to some extent, but also replaces some of the residual liquid, and replaces the initial residual liquid with a large amount of impurities with a liquid with a small amount of impurities to give the overall efficiency. Reduce. The surplus liquid is separated from the solid cake and is referred to as washing drain. In addition to mixing and substitution with the residual liquid, partial dissolution of the crystals can also occur. Thereby, a part of the inclusion impurities in the crystal outer layer part is taken out.
The characteristic capability of the cleaning stage is defined as a function of the cleaning ratio as follows, and can also be expressed in terms of the dimensionless impurity concentration of the cleaning effluent.
洗浄溶媒の選択は、いくつかの要因、例えば溶解力、晶析溶媒との混和性、粘性、回収の容易さ、およびプロセスの他の部分からの利用の可能性などに依存する。本発明のビスフェノールA製造システムのために、適切な選択として、純水、n−ヘプタン、そして、晶析ステージからの母液と比較してより低い濃度の不純物しか含有しないビスフェノールAが飽和したアセトンおよび水の混合液であるが、これらに限定されるものではない。適切な洗浄比率は0〜20の間、より好ましくは0〜10の間、そして最も好ましくは0.5〜4の間にある。洗浄比率は、洗浄後の固体ケーキの不純物濃度が相当に低くなるように、すなわちフェノール含有量は2.0重量%を上回らず、2,4−BPA含有量は1.0重量%を上回らず、そしてアセトンおよび水を除く全不純物は3.0重量%を上回らないように選ばれる。より好ましくは、フェノール含有量は1.0重量%を上回らず、2,4−BPA含有量は0.5重量%を上回らず、そしてアセトンおよび水を除く全体の不純物含有量は2.0重量%を上回らない。最も好ましくは、フェノール含有量は0.5重量%を上回らず、2,4−BPA含有量は0.3重量%を上回らず、そしてアセトンおよび水を除く全不純物含有量は1.0重量%を上回らない。 The choice of washing solvent depends on several factors such as solubility, miscibility with the crystallization solvent, viscosity, ease of recovery, and availability from other parts of the process. For the bisphenol A production system of the present invention, suitable choices include pure water, n-heptane, and acetone saturated with bisphenol A containing lower concentrations of impurities compared to the mother liquor from the crystallization stage, and Although it is a liquid mixture of water, it is not limited to these. Suitable washing ratios are between 0-20, more preferably between 0-10 and most preferably between 0.5-4. The washing ratio is such that the impurity concentration of the solid cake after washing is considerably reduced, ie the phenol content does not exceed 2.0% by weight and the 2,4-BPA content does not exceed 1.0% by weight. And all impurities except acetone and water are chosen not to exceed 3.0% by weight. More preferably, the phenol content does not exceed 1.0% by weight, the 2,4-BPA content does not exceed 0.5% by weight, and the total impurity content excluding acetone and water is 2.0% by weight. % Is not exceeded. Most preferably, the phenol content does not exceed 0.5% by weight, the 2,4-BPA content does not exceed 0.3% by weight, and the total impurity content excluding acetone and water is 1.0% by weight. Not exceed.
脱液操作は、洗浄前か後、あるいは洗浄前後両方で実施されうるが、固体ケーキの残液量を減らすことを目的とする。こうして、表層不純物の量をできるだけ小さくする。ビスフェノールA製品の最終的な純度が表層不純物の量に非常に影響されるので、充分な脱液を与えるように適切な固液分離ユニットが選択されることは重要である。適切な選択とは、真空濾過機、加圧濾過機、遠心濾過機およびベルトフィルタを含むが、これに限定されるものではない。脱液の後の固体ケーキの残液含有量は30重量%未満、好ましくは、20重量%未満、および最も好ましくは10重量%未満でなければならない。 The liquid removal operation can be performed before or after washing, or both before and after washing, and the purpose is to reduce the amount of residual liquid in the solid cake. Thus, the amount of surface layer impurities is minimized. Since the final purity of the bisphenol A product is highly influenced by the amount of surface impurities, it is important that an appropriate solid-liquid separation unit is selected to provide sufficient drainage. Suitable choices include, but are not limited to, vacuum filters, pressure filters, centrifugal filters and belt filters. The residual liquid content of the solid cake after devolatilization should be less than 30 wt%, preferably less than 20 wt%, and most preferably less than 10 wt%.
本プロセスの他の実施例において、ビスフェノールAはビスフェノールAおよび不純物、すなわちフェノール、2,4−BPA、ダイアニン化合物、クロマン類、トリスフェノール類、ポリフェノール類および好ましくない有色物質を含む混合物から再結晶ステージにおいて再結晶される。この供給混合物中に存在するビスフェノールA結晶の純度は、かなり高く、典型的には98.0重量%を超え、好ましくは99.0重量%を超え、および最も好ましくは99.5重量%を超えなければならない。特に、フェノール含有率は0.1重量%を上回ってはならず、2,4−BPA含有率は0.3重量%を上回ってはならず、そしてアセトンおよび水を除く全体の不純物含有量は、1.0重量%を上回ってはならない。しかしながら、再結晶は、更に不純物濃度を望ましいレベル、すなわち、100万分の20(20ppm)未満のフェノール、200ppm未満の2,4−BPAおよび1000ppm未満のアセトンおよび水を除く不純物となるまで下げるのに必要である。 In another embodiment of the process, bisphenol A is recrystallized from bisphenol A and a mixture comprising impurities, ie, phenol, 2,4-BPA, dian compounds, chromans, trisphenols, polyphenols and undesirable colored substances. Is recrystallized. The purity of the bisphenol A crystals present in this feed mixture is quite high, typically greater than 98.0 wt%, preferably greater than 99.0 wt%, and most preferably greater than 99.5 wt%. There must be. In particular, the phenol content should not exceed 0.1% by weight, the 2,4-BPA content must not exceed 0.3% by weight, and the total impurity content excluding acetone and water is , 1.0% by weight should not be exceeded. However, recrystallization further reduces the impurity concentration to the desired level, ie, less than 20 parts per million (20 ppm) phenol, less than 200 ppm 2,4-BPA and less than 1000 ppm acetone and water impurities. is necessary.
前段の晶析ステージに対する供給溶液と同様に、本発明の目的を達成するために、我々は、フェノール、ビスフェノールAおよび溶媒の主要成分だけを考慮しているので、再結晶ステージへの供給混合物は3成分系相平衡システムとして描写されることができる。ここで、溶媒は純粋な溶媒成分または2つ以上の溶媒成分の混合物を表している擬似成分である。高純度ビスフェノールAの晶析を達成するためには、3成分系の相平衡挙動は、適切な溶媒の選択された量を加えることによって操作される。前記晶析ステージで用いられることが可能ないかなる溶媒も、同様に再晶析ステージにも適している。本発明の好ましい実施例において、溶媒はアセトンおよび水の混合物を含む。 As with the feed solution for the previous crystallization stage, to achieve the objectives of the present invention, we consider only the main components of phenol, bisphenol A and solvent, so the feed mixture to the recrystallization stage is It can be described as a ternary phase equilibrium system. Here, a solvent is a pseudo-component that represents a pure solvent component or a mixture of two or more solvent components. In order to achieve crystallization of high purity bisphenol A, the ternary phase equilibrium behavior is manipulated by adding a selected amount of a suitable solvent. Any solvent that can be used in the crystallization stage is suitable for the recrystallization stage as well. In a preferred embodiment of the present invention, the solvent comprises a mixture of acetone and water.
再ステージへの供給液がほとんど純粋なビスフェノールAであるので、溶媒追加後の再晶析ステージにおける再晶析装置への供給液組成の位置はビスフェノールA区画内にある。供給混合物に加えられる溶媒の組成および量は、該晶析装置の望ましい操作条件、例えば冷却式晶析装置のための操作温度で、該晶析装置のビスフェノールAの所望の回収量に従って調整されうる。ビスフェノールAの結晶の回収は、該晶析装置内部で十分な均一混合を確実にするために、該晶析装置内のスラリーの固体量が、25〜35重量%の間にあるように通常選ばれる。費用が高くなる冷凍の必要性を回避するために、再晶析ステージにおける晶析装置は、好ましくは、約25〜80℃間の温度領域において、より好ましくは、35〜60℃の範囲で、そして、最も好ましくは40〜50℃の範囲で操作しなければならない。これらの制約に基づいて、再晶析ステージへの供給液の溶媒含有量は、好ましくは約10〜50重量%の間に、より好ましくは15〜40重量%の間に、そして最も好ましくは20〜30重量%の間になければならない。 Since the supply liquid to the restage is almost pure bisphenol A, the position of the supply liquid composition to the recrystallization apparatus in the recrystallization stage after the addition of the solvent is in the bisphenol A section. The composition and amount of solvent added to the feed mixture can be adjusted according to the desired recovery of the crystallizer bisphenol A at the desired operating conditions of the crystallizer, such as the operating temperature for the cooled crystallizer. . The recovery of bisphenol A crystals is usually chosen so that the solids content of the slurry in the crystallizer is between 25 and 35% by weight to ensure sufficient uniform mixing within the crystallizer. It is. In order to avoid the need for costly refrigeration, the crystallizer in the recrystallization stage is preferably in the temperature range between about 25-80 ° C, more preferably in the range of 35-60 ° C, Most preferably, it must be operated in the range of 40-50 ° C. Based on these constraints, the solvent content of the feed to the recrystallization stage is preferably between about 10-50 wt%, more preferably between 15-40 wt%, and most preferably 20 Must be between ˜30% by weight.
ビスフェノールAの結晶の包含不純物をできるだけ少なくするために、再晶析ステージの再晶析装置の過飽和度は、ほぼ0.1〜15℃間の範囲において、より好ましくは、0.5〜10℃の範囲で、そして、最も好ましくは1〜5℃の範囲になるように制御されなければならない。表層不純物をできるだけ少なくするためには、再晶析ステージからのビスフェノールA結晶は洗浄され、脱液される(異なる機器でも、または固液分離装置のような同一機器内で実施されてもよい)。また、洗浄溶媒の選択は、溶解力、再結晶溶媒を有する混和性、粘性、回収の容易さ、およびプロセスの他の部分からの利用の可能性などに依存する。本発明のビスフェノールAシステムのために、適切な選択としては、これに限定されるものではないが、純粋な水およびn−ヘプタンを含む。適切な洗浄比率は0〜20の間、より好ましくは0〜10の間、そして最も好ましくは0.5〜4の間にある。最終的なビスフェノールA製品の目標不純物濃度が満たされうることを確実にするために、洗浄比率は洗浄能力(実験的に決定されうる)に基づいて選ばれる。そして、適切な固液分離装置は充分な脱液を提供するために選定される。脱液の後の固体ケーキ中の残液量は、30重量%未満、より好ましくは、20重量%未満および最も好ましくは10重量%未満でなければならない。 In order to reduce the inclusion impurities of the bisphenol A crystal as much as possible, the supersaturation degree of the recrystallization apparatus in the recrystallization stage is in the range of approximately 0.1 to 15 ° C, more preferably 0.5 to 10 ° C. And most preferably must be controlled to be in the range of 1-5 ° C. In order to minimize surface layer impurities, the bisphenol A crystals from the recrystallization stage are washed and drained (may be implemented in different equipment or in the same equipment such as a solid-liquid separator). . The selection of the washing solvent also depends on such things as solubility, miscibility with the recrystallization solvent, viscosity, ease of recovery, and availability from other parts of the process. Suitable choices for the bisphenol A system of the present invention include, but are not limited to, pure water and n-heptane. Suitable washing ratios are between 0-20, more preferably between 0-10 and most preferably between 0.5-4. To ensure that the target impurity concentration of the final bisphenol A product can be met, the cleaning ratio is selected based on the cleaning capability (which can be determined experimentally). Appropriate solid-liquid separators are then selected to provide sufficient drainage. The amount of residual liquid in the solid cake after devolatilization should be less than 30 wt%, more preferably less than 20 wt% and most preferably less than 10 wt%.
所望の純度のビスフェノールAの結晶を製造する再晶析ステージの能力は、供給液の不純物含有量に依存する。前の晶析ステージからのビスフェノールA結晶が再結晶ステージの供給液の純度必要量を満たさない場合、追加の不純物除去を提供するために中間ステップが必要である。この中間ステップは他の再晶析ステージでもよく、または、フェノール除去のみが必要であれば、蒸気を溶解した供給液中に通過させて、供給液中のフェノールの大部分を蒸発させて取り除く、ストリッピングプロセスでもよい。このようなストリッピングプロセスの供給液に対する蒸気の質量比は、概して、0.01〜0.2の間に、好ましくは、0.02〜0.1の間に、そして、最も好ましくは0.03〜0.05の間にある。2,4−BPAおよびトリスフェノールのような他の比較的揮発性の低い不純物は上述のストリッピングプロセスを使用して除去できないと理解されなければならない。これらの比較的揮発性の低い不純物の含有量が再晶析ステージへ供給液の必要条件より高い場合、不純物除去ユニットとして追加の再結晶装置を備えなければならない。各々の再結晶装置は、本発明の一実施例にて説明されるように、晶析装置の供給混合物の溶媒、ビスフェノールAの晶析、固液分離、洗浄および脱液を含む。必要に応じて、複数の再結晶装置は、所望の不純物のレベルを達成するために使用されうる。 The ability of the recrystallization stage to produce bisphenol A crystals of the desired purity depends on the impurity content of the feed solution. If the bisphenol A crystals from the previous crystallization stage do not meet the purity requirements of the recrystallization stage feed, an intermediate step is required to provide additional impurity removal. This intermediate step may be another recrystallization stage, or if only phenol removal is required, the vapor is passed through a dissolved feed to evaporate and remove most of the phenol in the feed. It may be a stripping process. The mass ratio of steam to feed of such a stripping process is generally between 0.01 and 0.2, preferably between 0.02 and 0.1, and most preferably 0.1. It is between 03 and 0.05. It should be understood that other relatively less volatile impurities such as 2,4-BPA and trisphenol cannot be removed using the stripping process described above. If the content of these relatively low volatile impurities is higher than the feed requirements for the recrystallization stage, an additional recrystallization device must be provided as an impurity removal unit. Each recrystallizer includes a crystallizer feed mixture solvent, bisphenol A crystallisation, solid-liquid separation, washing, and devolatilization, as described in one embodiment of the present invention. If desired, multiple recrystallization devices can be used to achieve the desired level of impurities.
本発明は、ポリカーボネート製造の原料に適している高純度ビスフェノールA製品を製造するための直接的な晶析による特別に有利なプロセスを提供する。本発明の一実施例は、図2において例示される。一般に、システムは、反応ユニット25、フェノールを部分的に除去するための部分的フェノール除去ユニット30、ビスフェノールAの晶析ステージ35、不純物除去のための任意の不純物除去ユニット40、ビスフェノールAの再晶析ステージ45および溶媒回収ユニット50から成る。ビスフェノールAの晶析ステージ35の上流で、混合/分離ユニット33は、晶析ステージの前に生成物溶液の溶媒組成を調整するために使用される。晶析ステージ35の下流において、固液(S/L)分離装置37は、ビスフェノールA結晶を残留する溶液から分離するために使用される。ビスフェノールAの再晶析ステージ45の上流において、リサイクル流混合ユニット43は、再晶析ステージの前に供給液の溶媒組成を調整するために使用される。再晶析ステージ45の下流に、固液(S/L)分離装置47は、ビスフェノールA結晶を残留する溶液から分離するために使用される。図示はしていないが、晶析ステージ35および再晶析ステージ45から生成するビスフェノールAの結晶は、洗浄および脱液によって、更に処理されうる。その後、再晶析ステージ45からのビスフェノールA結晶は、乾燥かまたは最終製品を製造するために更に洗浄ステップに送られることが可能である。
The present invention provides a particularly advantageous process by direct crystallization to produce high purity bisphenol A products that are suitable as raw materials for polycarbonate production. One embodiment of the present invention is illustrated in FIG. In general, the system consists of a
ビスフェノールAを生成するために、(好ましくは精製された、そして、好ましくは化学量論的過剰の)フェノール、およびアセトンは、縮合反応が実行される反応ユニット25に送られる。生成物溶液は、ビスフェノールA、未反応の反応物質(例えば過剰なフェノールおよび/またはアセトン)、反応副生物(例えば水)および不純物(例えば異性体、類似体および同族体)を含む。縮合反応は、約45〜120℃の範囲の温度において、そして好ましくは約50〜100℃の範囲の温度において、最も好ましくは約75℃の温度で実施することができる。反応圧力は1〜8barの範囲であり、より好ましくは、1〜6bar、最も好ましくは約4.4barの反応圧力である。
To produce bisphenol A, phenol (preferably purified and preferably in stoichiometric excess) and acetone are sent to
反応後の生成物溶液は、図2のストリーム番号3(ストリームは、箱の中に表される)である。この実施例では、ストリーム3は、溶媒回収ユニット50からのリサイクル流9と最初に混合される。溶媒回収ユニットは、生成物溶液から溶媒成分を、一部または全量を回収するために、例えば蒸留のような分離法を使用できる。結果として生じる製品混合物(ストリーム9)は、前よりもビスフェノールAリッチで溶媒成分が少ない。それから、混合調整された生成物溶液の組成はビスフェノールAの晶析区画の中に配置するように調整される。その結果、十分に純粋なビスフェノールAは晶析で回収されうる。
The product solution after the reaction is
生成物溶液の組成は、いくつかの方法で調整することができる。最も一般的には、生成物溶液中のビスフェノールAの濃度を増加させるための、生成物溶液からのフェノールおよび/または溶媒の一部の除去である。反応ユニット出口液の組成がビスフェノールAの晶析区画にすでにある場合、生成物溶液のフェノールの濃度を低下させるためのこのようなステップは必要ではない。フェノールの除去は蒸留によって、典型的には塔底約120℃〜140℃の温度において達成しうる。 The composition of the product solution can be adjusted in several ways. Most commonly, removal of a portion of the phenol and / or solvent from the product solution to increase the concentration of bisphenol A in the product solution. If the composition of the reaction unit outlet liquid is already in the bisphenol A crystallization zone, such a step to reduce the phenol concentration of the product solution is not necessary. Phenol removal can be accomplished by distillation, typically at a temperature of about 120 ° C. to 140 ° C. at the bottom of the column.
図2に示す本発明のシステムの一実施例によれば、ビスフェノールAの晶析ステージ35への供給液は、ストリーム4で示される。溶媒回収ユニットから回収される溶媒ストリームは、ビスフェノールAの晶析ステージの前に混合物の組成を調整するために、リサイクル流混合ユニット33にそれぞれに加えられることが可能である。溶媒成分は、また、晶析ステージの下流の洗浄ステップ(図示せず)でビスフェノールAの結晶を洗浄するために用いてもよい。
According to one embodiment of the system of the present invention shown in FIG. 2, the feed liquid to the bisphenol
ビスフェノールA区画において、望ましい組成を達成した後、溶液はビスフェノールAの晶析ステージ35に供給され、ここで、実質的に純粋なビスフェノールAは結晶の形態で回収される。ビスフェノールAの晶析ステージ35は、一つ以上の晶析装置から成ることができる。該晶析装置は従来技術において知られており、概して間接的に、外部冷却、例えば熱交換または循環冷媒によって結晶を形成する。晶析はまた、減圧によっても、または外部加熱および減圧の組合せにより実施されてもよい。一つの実施例において、好ましくは、溶液はビスフェノールAの晶析ステージ35において、約0℃〜160℃の範囲の温度において、好ましくは、50℃〜125℃の範囲の温度において冷却される。最も好ましくは、溶液は70℃〜100℃の範囲の温度に冷却される。操作圧力範囲は使用する溶媒のタイプおよび晶析ステージに含まれる晶析装置の温度に依存する。そして、該晶析の蒸気分率が低いかまたは最小化されるように、圧力は選ばれなければならない。ビスフェノールAの晶析は典型的に、約0.1〜6barの範囲で圧力操作される。ある具体例では、アセトンと水の混合物が溶媒として使用される場合、ビスフェノールAの晶析ステージ35に含まれる晶析装置の圧力は約0.5〜5barの範囲であり、最も好ましくは晶析装置の液体分率を最大にするために約3barである。
After achieving the desired composition in the bisphenol A compartment, the solution is fed to the bisphenol
晶析が進行するにつれて、固体ビスフェノールAが生成する。ビスフェノールAの晶析ステージ35の滞留時間は、理想的に約0.5〜5時間の範囲、好ましくは約1〜3時間の範囲である。最適滞留時間は、与えられた溶媒中での結晶成長速度の関数であると理解されなければならない、そして、このように、最適滞留時間は使用された溶媒のタイプに依存して変化する。包含不純物をできるだけ小さくするために、過飽和度はほぼ0.1〜15℃の範囲において、より好ましくは0.5〜10℃の範囲で、そして最も好ましくは1〜5℃の範囲でなければならない。過飽和度はいかなる考えられる手段、例えば、晶析ステージに含まれる晶析装置に冷却を与える熱交換器へのスラリーの循環量を調整することによっても制御されることができる。
As crystallization proceeds, solid bisphenol A is produced. The residence time of the bisphenol
固体のビスフェノールAは、ビスフェノールAの晶析ステージの下流に使用される固液分離装置37において母液と分離される。周知のいかなる適切なタイプの固液分離装置、例えば遠心分離装置または濾過装置等が使用されても良い。図2のストリーム6に対応する母液は溶媒回収ユニット50に送られ、溶媒を回収して再利用する。ビスフェノールAの結晶は、いかなる残留母液も取り除くために、固液分離装置37において、好ましくは溶媒によって洗浄される。
The solid bisphenol A is separated from the mother liquor in a solid-
固液分離装置37からの固体のビスフェノールAは、粗製ビスフェノールA結晶と称し、任意の不純物除去ユニット40に送られる。目的は不純物含有量を減らすことであり、そこにおいて、該ユニットの出口液のフェノール含有量は0.1重量%を上回ってはならない、2,4−BPA含有量は、0.3重量%を上回ってはならない、そして、アセトンおよび水を除く全体の不純物含有量は、1.0重量%を上回ってはならない。不純物除去ユニット40は、水蒸気ストリッピングユニットおよび/または追加の再結晶ステージから成ることができる。
The solid bisphenol A from the solid-
図2のストリーム7と同定される、ビスフェノールAの再晶析ステージ45への供給液を生成するために、溶媒回収ユニット50から回収された溶媒ストリームは、ビスフェノールAの再晶析ステージの前に混合物の組成を調整するために、リサイクル流混合ユニット43にそれぞれに加えられてもよい。溶媒成分は、また、再晶析ステージの下流における洗浄ステージ(図示せず)でビスフェノールAの結晶を洗浄するために用いてもよい。
In order to produce a feed to the bisphenol
一つ以上の晶析ユニットを経て、望ましい組成に調整された溶液は、ビスフェノールAの再晶析ステージ45に供給され、ここで、実質的に純粋なビスフェノールAは結晶の形態で回収される。再び結晶は、例えば熱交換または循環冷却媒体による間接的または外部冷却、圧力減少、または外部加熱および圧力減少の組合せにより形成されうる。一例としては、溶液はビスフェノールAの再晶析ステージ45において、25〜80℃の範囲、好ましくは35〜60℃の範囲、そして、最も好ましくは40〜50℃の範囲の温度まで冷却される。ビスフェノールAの再晶析ステージ中の晶析装置は、約0.1〜6barの範囲の圧力において典型的に操作される。ある具体例では、アセトンと水の混合物が溶媒として使用される場合、ビスフェノールAの再晶析ステージ45中の晶析装置の圧力は約0.5〜5barの範囲であり、最も好ましくは約2barで、ビスフェノールAの再晶析ステージ45中の晶析装置の滞留時間は、理想的に約0.5〜5時間の範囲であり、より好ましくは約1〜3時間の範囲である。包含不純物を最小化するために、過飽和度はほぼ0.1および15℃間の範囲、より好ましくは、0.5〜10℃の範囲で、最も好ましくは1〜5℃の範囲でなければならない。
Via one or more crystallization units, the solution adjusted to the desired composition is fed to the bisphenol
固体のビスフェノールAはビスフェノールAの再晶析ステージの下流に使用される固液分離装置47において母液と分離される。いかなる適切なタイプの周知の固液分離装置をも使うことができる。図2のストリーム8に対応する母液は、回収して溶媒を再利用するために、溶媒回収ユニット50に送られる。好ましくは、いかなる残留母液も取り除くために、ビスフェノールAの結晶は固液分離装置47において、溶媒によって洗浄される。
溶媒回収ユニット50をフェノール精製ユニット20と結合することが有利なのは、 実際には、それらは同じ分離機能、すなわち別々のストリームで実質的に純粋なアセトンおよび水を製造する機能を有することに留意する必要がある。
Solid bisphenol A is separated from the mother liquor in a solid-
It is noted that it is advantageous to combine the solvent recovery unit 50 with the
更に本発明の方法を例示するために、実験の結果が、以下において提供される。これらの実験は、説明の目的だけのために提供されており、いかなる形であれ本発明の範囲を制限することを目的としない。 To further illustrate the method of the present invention, experimental results are provided below. These experiments are provided for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention in any way.
粗製ビスフェノールA結晶のバッチ晶析
2.75gの多成分固体(16.52重量%のフェノール、38.93重量%の4,4’−BPA、16.05重量%の2,4−BPAおよび28.5重量%の他の不純物を含む)が、125mlのガラスフラスコにおいて、61.77gの純粋な4,4’−BPA、17.24gの純粋なフェノール、1.05gの純粋な2,4−BPA、9.1gのアセトンおよび0.49gの水と混合される。混合物は完全に全ての固体を溶解する約110℃まで加熱され、それから結晶が析出する約88℃まで冷却される。全ての固体が融解するまで、加熱は2度繰り返される。溶解温度は108℃と記録される。それから、混合物は0.4℃/分の冷却速度で88.1℃まで最終的に冷却され、そこで、スラリーが形成される。混合物は、全ての操作の間、1250rpmで連続的に撹拌される。最終的な温度に到達した後、混合物は結晶を液体(母液)から分離する前に一晩中そのままで静置される。結晶は濾紙の上で集めた後に、乾燥され、その後室温で750mLのn−ヘプタンを使用して洗浄される。この実験から得られる結晶の重量は、27.79gである。したがって、この実験でのビスフェノールAの回収率は、供給(62.48g)においてビスフェノールAの総量に基づいて44.2%であると計算される。
得られた粗製ビスフェノールA結晶の組成は、高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)を使って決定される。分析結果は、最初の供給液組成とともに以下にまとめられる。
Batch crystallization of crude bisphenol A crystals 2.75 g multi-component solid (16.52 wt% phenol, 38.93 wt% 4,4′-BPA, 16.05 wt% 2,4-BPA and 28 1.5% other impurities) in a 125 ml glass flask, 61.77 g pure 4,4′-BPA, 17.24 g pure phenol, 1.05 g pure 2,4- Mixed with BPA, 9.1 g acetone and 0.49 g water. The mixture is heated to about 110 ° C. to completely dissolve all solids and then cooled to about 88 ° C. where crystals precipitate. Heating is repeated twice until all solids are melted. The dissolution temperature is recorded as 108 ° C. The mixture is then finally cooled to 88.1 ° C. at a cooling rate of 0.4 ° C./min, where a slurry is formed. The mixture is continuously stirred at 1250 rpm during all operations. After reaching the final temperature, the mixture is left to stand overnight before separating the crystals from the liquid (mother liquor). The crystals are collected on filter paper and then dried and then washed using 750 mL of n-heptane at room temperature. The weight of crystals obtained from this experiment is 27.79 g. Thus, the recovery of bisphenol A in this experiment is calculated to be 44.2% based on the total amount of bisphenol A in the feed (62.48 g).
The composition of the resulting crude bisphenol A crystals is determined using high performance liquid chromatography (HPLC). The analysis results are summarized below with the initial feed composition.
n−ヘプタンで洗うことは結晶から表層不純物を除去することを目的とする。その結果、上記の分析結果は、包含不純物を含むが表層不純物を含まない結晶中心部の組成を反映する。 Washing with n-heptane aims to remove surface layer impurities from the crystals. As a result, the above analysis results reflect the composition of the crystal center including inclusion impurities but not surface layer impurities.
粗製ビスフェノールA結晶の連続晶析
実験は、モーター攪拌機、ジャケットとコンデンサーを備えている1.5リットルのガラスライニングのステンレス鋼製晶析装置からなる連続晶析装置を使って行われる。晶析装置には、攪拌機、そして加熱コイルを備えている20リットルのステンレス鋼製タンクから供給される。20リットルのステンレス鋼製受器タンクは、また、晶析装置からのオーバーフロー液を受け取るために設置される。定常状態が達成された後、晶析装置からのスラリーは母液からの結晶を分離するためにステンレス鋼製加圧フィルタの上へ排出される。1.5〜3リットル/時間の供給流速、1〜2時間の滞留時間が晶析装置で達成される。
The continuous crystallization experiment of crude bisphenol A crystals is carried out using a continuous crystallizer consisting of a 1.5 liter glass-lined stainless steel crystallizer equipped with a motor stirrer, jacket and condenser. The crystallizer is fed from a 20 liter stainless steel tank equipped with a stirrer and a heating coil. A 20 liter stainless steel receiver tank is also installed to receive the overflow liquid from the crystallizer. After steady state is achieved, the slurry from the crystallizer is drained onto a stainless steel pressure filter to separate the crystals from the mother liquor. A feed flow rate of 1.5-3 liters / hour and a residence time of 1-2 hours are achieved in the crystallizer.
2606.2gのフェノール、6683.3gの4,4’−BPA、2410.5gの多成分固体、1235gのアセトン、そして、65.0gの水からなる供給液が、120℃まで加熱された供給タンクで調製される。この供給液混合物は、27.6ml/分の循環量で、晶析装置(それはまず最初に95℃まで加熱される)に移される。この条件の下で、晶析装置の滞留時間は、およそ1時間である。サンプルは、実際の供給組成を決定するために、晶析装置までの供給ラインから採取される。晶析装置は、それから70℃に冷却されて、そして3時間この温度に保たれる。その後、スラリーはフィルタ容器に移送され、そして、およそ0.2MPa(ゲージ)の圧力がかけられる。結晶は55℃で取り出される。得られる結晶の量は592.7gである、そして、集められた母液の量は980.0gである。晶析装置の中にはスケーリングが観察されない。 A feed tank in which a feed consisting of 2606.2 g phenol, 6683.3 g 4,4′-BPA, 2410.5 g multi-component solid, 1235 g acetone, and 65.0 g water was heated to 120 ° C. It is prepared with. This feed mixture is transferred to the crystallizer (which is first heated to 95 ° C.) with a circulation rate of 27.6 ml / min. Under this condition, the residence time of the crystallizer is approximately 1 hour. Samples are taken from the supply line to the crystallizer to determine the actual feed composition. The crystallizer is then cooled to 70 ° C. and kept at this temperature for 3 hours. The slurry is then transferred to a filter vessel and a pressure of approximately 0.2 MPa (gauge) is applied. Crystals are removed at 55 ° C. The amount of crystals obtained is 592.7 g and the amount of mother liquor collected is 980.0 g. No scaling is observed in the crystallizer.
フィルタからの100.7gの結晶は、90℃で3回,最初は500mlのn−ヘプタンで、そして各々2回目と3回目は400mlのn−ヘプタンで洗浄される。表面の不純物を含んでいる外層はこの処置によって除去される。そして、洗浄の後、88.8gの結晶が残される。HPLCで分析されたこの製品の組成は、測定された供給液組成とともに以下に与えられる。 100.7 g of crystals from the filter are washed 3 times at 90 ° C., initially with 500 ml of n-heptane, and the second and third time with 400 ml of n-heptane, respectively. The outer layer containing surface impurities is removed by this treatment. And after washing, 88.8 g of crystals are left. The composition of this product analyzed by HPLC is given below along with the measured feed composition.
上記結果から、固体生成物(n−ヘプタンで洗浄の後、残存している結晶質量の比率によって表される)の実際量が447gであると計算される。そして、それは4,4’−BPAの45%の回収率と一致する。晶析装置の内側の過飽和レベルは、およそ9℃であると推定される。 From the above results it is calculated that the actual amount of solid product (expressed by the proportion of crystal mass remaining after washing with n-heptane) is 447 g. And it is consistent with the 45% recovery of 4,4'-BPA. The supersaturation level inside the crystallizer is estimated to be approximately 9 ° C.
飽和状態のビスフェノールA溶液による粗製ビスフェノールA結晶の洗浄
晶析ステップの後で洗浄プロセスの性能を調べるために、ウェットケーキは、粗製ビスフェノールA結晶と、晶析ステージからの母液に一致している組成であり、飽和状態にされた母液、とを混合することによって調製される。およそ5.4gの粗製ビスフェノールA結晶(実施例2で記述される連続晶析実験からの)をジャケット付きフィルタ漏斗に入れ、およそ79℃の一定温度に保たれる。以下の最終的な組成が得られるように、飽和状態にされた母液は純4,4’−BPA、純フェノール、固体混合物、アセトン、そして、水を混合することによって調製される:29.3重量%のフェノール、49.8重量%の4,4’−BPA、5.66重量%の2,4’−BPA、2.73重量%の他の不純物、11.92重量%のアセトン、そして、0.63重量%の水。それが粗製ビスフェノールA結晶と接触するように、母液はフィルタ漏斗に移送される、そして、吸引(減圧度:0.11bar)は濾過を達成するためにかけられる。吸引はおよそ20秒後に停止され、集められた濾液の量は測定される。物質収支によって、結果として生じるウェットケーキの脱液率(固体質量への液体の比率)は、0.527と計算される。洗浄液は、また、1gの溶媒混合物(95重量%のアセトン、そして、5重量%の水)に2.72gの純4,4’−BPAの比率で混合することによって調製される。
Washing crude bisphenol A crystals with saturated bisphenol A solution To examine the performance of the washing process after the crystallization step, the wet cake has a composition that matches the crude bisphenol A crystals and the mother liquor from the crystallization stage. And is prepared by mixing the saturated mother liquor. Approximately 5.4 g of crude bisphenol A crystals (from the continuous crystallization experiment described in Example 2) are placed in a jacketed filter funnel and maintained at a constant temperature of approximately 79 ° C. The saturated mother liquor is prepared by mixing pure 4,4′-BPA, pure phenol, solid mixture, acetone, and water so that the following final composition is obtained: 29.3 Wt% phenol, 49.8 wt% 4,4'-BPA, 5.66 wt% 2,4'-BPA, 2.73 wt% other impurities, 11.92 wt% acetone, and 0.63% by weight of water. The mother liquor is transferred to the filter funnel so that it contacts the crude bisphenol A crystals, and suction (degree of vacuum: 0.11 bar) is applied to achieve filtration. Suction is stopped after approximately 20 seconds and the amount of filtrate collected is measured. Due to the mass balance, the resulting wet cake drainage rate (ratio of liquid to solid mass) is calculated to be 0.527. The wash liquor is also prepared by mixing in a ratio of 2.72 g of pure 4,4′-BPA to 1 g of a solvent mixture (95 wt% acetone and 5 wt% water).
この洗浄液は79℃に保たれる、そこで、それは4,4’−BPAとともに飽和状態にされる。同時に、減圧度 0.11barで濾過をおこない、洗浄液はそれから0.280ml/秒の流速でフィルタ漏斗に移送される。置換洗浄は起こり、集められた濾液の量、そして、濃度は10秒ごとほぼ測定される。このデータから、洗浄比率と各々の不純物の無次元濃度(F)との関係が得られる。さらにまた、洗浄された結晶(洗浄の前に最初の量のパーセンテージのように)の中に残存している各々の不純物の量も計算される。結果を以下にまとめる。 This washing solution is kept at 79 ° C., where it is saturated with 4,4′-BPA. At the same time, filtration is carried out at a vacuum of 0.11 bar, and the washing liquid is then transferred to the filter funnel at a flow rate of 0.280 ml / sec. Displacement washing occurs and the amount and concentration of filtrate collected is approximately measured every 10 seconds. From this data, the relationship between the cleaning ratio and the dimensionless concentration (F) of each impurity is obtained. Furthermore, the amount of each impurity remaining in the washed crystals (as a percentage of the initial amount prior to washing) is also calculated. The results are summarized below.
これらの結果は、典型的な固液分離ユニットでは常識的な値である約2の洗浄比率において、晶析ステージの直後の粗製ビスフェノールA結晶に存在するおよそ60%の表面不純物が除去されることを示す。 These results show that approximately 60% of surface impurities present in the crude bisphenol A crystals immediately after the crystallization stage are removed at a wash ratio of about 2, which is a common value in typical solid-liquid separation units. Indicates.
高純度ビスフェノールA結晶を製造するための再結晶
試験製造は、バッフルと平らなアンカーインペラを備えた600リットルの晶析装置で実行され、バッチモードで操作される。供給原料として、450.8kgの純4,4’−BPA、14.86kgの濃縮された不純物(いろいろな割合のフェノール、4,4’−BPA、2,4−BPA、そして、他の不純物の混合物)、137.32kgのアセトン、そして、7.6kgの水が晶析装置に加えられる。それから混合物は約100℃で完全に溶解するまで加熱されて、そして攪拌される。この供給混合物の実際の組成を決定するためにサンプルを採る。30分間保持後、溶液は0.3の℃/分の速度で冷却される。温度がおよそ80℃に到達するとき、1.7kgの純4,4’−BPA種結晶が投入され、混合物の温度が50℃に到達するまで、冷却を継続する。一晩 静置した後に、結晶を遠心分離装置を使って分離する。
これらの結晶はn−ヘプタンで洗浄された後に真空乾燥され、93.7kgのケーキが回収された。
HPLCで決定された生成物の結晶組成は供給液組成とともに以下にまとめられる。
Recrystallization to produce high purity bisphenol A crystals The test production is carried out in a 600 liter crystallizer equipped with a baffle and a flat anchor impeller and operated in batch mode. As feedstock, 450.8 kg of pure 4,4′-BPA, 14.86 kg of concentrated impurities (various proportions of phenol, 4,4′-BPA, 2,4-BPA, and other impurities Mixture) 137.32 kg of acetone and 7.6 kg of water are added to the crystallizer. The mixture is then heated at about 100 ° C. until completely dissolved and stirred. Samples are taken to determine the actual composition of this feed mixture. After holding for 30 minutes, the solution is cooled at a rate of 0.3 ° C./min. When the temperature reaches approximately 80 ° C., 1.7 kg of pure 4,4′-BPA seed crystals are charged and cooling is continued until the temperature of the mixture reaches 50 ° C. After standing overnight, the crystals are separated using a centrifuge.
These crystals were washed with n-heptane and then vacuum dried to recover 93.7 kg of cake.
The crystal composition of the product determined by HPLC is summarized below with the feed composition.
水による再晶析されたビスフェノールA結晶の洗浄
再結晶ステップ後の洗浄プロセスの性能を調べるために、ウェットケーキは、再結晶ステップからの母液と同じ組成で、純4,4’−BPA結晶と飽和状態にされた母液を混合することによって調製される。27.52gの純4,4’−BPA、0.20gの固体混合物、11.39gのアセトン、そして、0.620gの水を含む混合物が調製され、そして、再結晶ステップからの母液に組成が類似している飽和状態の母液を製造するために、およそ51℃まで加熱される。スラリーを製造するために、この母液と9.89gの純4,4’−BPAの結晶が混合される。そして、それはそれからおよそ1時間撹拌される。その後、結晶は濾過によって母液から分離されて、約51℃まで加熱されたおよそ60gの水の中で洗浄される。洗浄後、結晶は濾過され、そして乾燥される。以前の濾過からの母液はそれから、スラリーをつくるために再投入され、そのスラリーは、フィルタ漏斗に移送される。0.11barの減圧下で吸引し、濾過を行った。吸引はおよそ20秒後で停止する。そして、集められた濾液の量は測定される。物質収支によって、結果として生じるウェットケーキの脱液率(固体質量への液体の比率)は、0.8と計算される。
Washing the recrystallized bisphenol A crystals with water In order to investigate the performance of the washing process after the recrystallization step, the wet cake is composed of pure 4,4′-BPA crystals with the same composition as the mother liquor from the recrystallization step. Prepared by mixing saturated mother liquor. A mixture containing 27.52 g pure 4,4′-BPA, 0.20 g solid mixture, 11.39 g acetone, and 0.620 g water was prepared, and the mother liquor from the recrystallization step had a composition Heat to approximately 51 ° C. to produce a similar saturated mother liquor. This mother liquor is mixed with 9.89 g of pure 4,4′-BPA crystals to produce a slurry. It is then stirred for approximately 1 hour. The crystals are then separated from the mother liquor by filtration and washed in approximately 60 g of water heated to about 51 ° C. After washing, the crystals are filtered and dried. The mother liquor from the previous filtration is then recharged to form a slurry, which is transferred to the filter funnel. Aspiration was performed under reduced pressure of 0.11 bar and filtration was performed. Suction stops after approximately 20 seconds. The amount of filtrate collected is then measured. Due to the mass balance, the resulting wet cake drainage (ratio of liquid to solid mass) is calculated to be 0.8.
次いで、洗浄液(51の℃まで加熱された浄水)は、同時に濾過を効果的に行うために0.11barまで減圧にしつつ、0.420ml/秒の流速でフィルタ漏斗に移送される。置換洗浄をして、集められた濾液の量、そして、濃度は約10〜20秒ごとに測定される。このデータから、洗浄比率と各々の不純物の無次元濃度(F)との関係が得られる。さらにまた、洗浄された結晶(洗浄の前に最初の量のパーセンテージのように)の中に残存している各々の不純物の量も計算される。結果は、以下にまとめられる。 The washing liquid (purified water heated to 51 ° C.) is then transferred to the filter funnel at a flow rate of 0.420 ml / sec while simultaneously reducing the pressure to 0.11 bar for effective filtration. With displacement wash, the amount and concentration of filtrate collected is measured about every 10-20 seconds. From this data, the relationship between the cleaning ratio and the dimensionless concentration (F) of each impurity is obtained. Furthermore, the amount of each impurity remaining in the washed crystals (as a percentage of the initial amount prior to washing) is also calculated. The results are summarized below.
結果は、比率がおよそ2による洗浄が再結晶ステップで得られるビスフェノールA結晶で存在するおよそ90%の表層不純物の除去につながったことを示す。洗浄比率を更に増加させても、表面の不純物のさらなる除去にはつながらない。
要約すると、本発明の方法を用いると、高純度のビスフェノールAの結晶が、フェノールとビスフェノールAの付加物を回収する中間ステップの必要性なしに、反応の後で生成物溶液から直接晶析によって得られることが示されている。
本発明の特定の態様および実施例についての上記した記載は、例示および説明のためになされたものであり、本発明は、上記特定の実施例によって例示されるけれども、それらに制限されるように解釈されるものではない。それらの実施例は全部のものではなく、また、本発明を開示される厳密な態様に制限するものではなく、さらに、本発明についての上記した教示に照らして、明らかに、多くの変形、実施例、およびバリエーションが可能である。本発明の範囲は、本明細書に開示され、また、添付の特許請求の範囲及びその均等物のような包括的領域を含むものである。
The results show that washing with a ratio of approximately 2 led to the removal of approximately 90% of the surface layer impurities present in the bisphenol A crystals obtained in the recrystallization step. Increasing the cleaning rate does not lead to further removal of surface impurities.
In summary, using the method of the present invention, high purity bisphenol A crystals can be obtained by crystallization directly from the product solution after the reaction without the need for an intermediate step to recover the phenol and bisphenol A adduct. It has been shown to be obtained.
The foregoing descriptions of specific embodiments and examples of the present invention have been presented for purposes of illustration and description, and the present invention is illustrated by, but not limited to, the specific embodiments described above. It is not interpreted. These examples are not exhaustive and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed, and, obviously, many modifications, implementations in light of the above teachings of the invention. Examples and variations are possible. The scope of the present invention is disclosed herein and includes the generic region such as the appended claims and their equivalents.
Claims (20)
触媒の存在下にフェノールとアセトンを反応させて少なくともビスフェノールAとフェノールを含む生成物溶液を生成させるステップで、ビスフェノールA、フェノールおよび溶媒が生成物溶液の成分間の相平衡関係を示し、それらはビスフェノールAとビスフェノールA/フェノール付加物をそれぞれ晶析させることができる多熱3成分系相平衡の投影図によって表わされる区画で示されているものであるステップ;
晶析ステージにおいて、該晶析ステージへの供給液の選択的な組成にて、ビスフェノールA/フェノール付加物の晶析をおこすことなく直接的にビスフェノールA結晶が生成するようにビスフェノールA結晶を最初に晶析させるステップ;
溶媒を除いたビスフェノールA結晶中の全不純物量が1.0wt%を超えないようにビスフェノールA結晶の不純物を減らすステップ;
再晶析ステージにおいて、ビスフェノールA/フェノール付加物が晶析することなく実質的に純粋なビスフェノールA結晶を直接製造する晶析を行うビスフェノールA結晶を再晶析させるステップ。 A method for producing bisphenol A crystals with reduced impurities, comprising the following steps:
In the step of reacting phenol and acetone in the presence of a catalyst to produce a product solution containing at least bisphenol A and phenol, bisphenol A, phenol and solvent exhibit a phase equilibrium relationship between the components of the product solution, A step represented by a compartment represented by a projection diagram of a multi-thermal ternary phase equilibrium capable of crystallizing bisphenol A and bisphenol A / phenol adduct, respectively;
In the crystallization stage, the bisphenol A crystal is first formed so that the bisphenol A crystal is directly generated without crystallization of the bisphenol A / phenol adduct with the selective composition of the supply liquid to the crystallization stage. Crystallizing into
Reducing the impurities of the bisphenol A crystal so that the total amount of impurities in the bisphenol A crystal excluding the solvent does not exceed 1.0 wt%;
Recrystallizing the bisphenol A crystal in the recrystallization stage for crystallization directly producing substantially pure bisphenol A crystal without crystallization of the bisphenol A / phenol adduct.
生成物溶液が多熱3成分系相平衡の投影図によって表わされる相区画を定義する相平衡関係で示された成分を含み、固体のビスフェノールAとビスフェノールA/フェノールの付加物はそれぞれに晶析させることができ、
生成物溶液は、まず、溶媒を除いた全不純物濃度が1.0wt%を超えないような粗製ビスフェノールA結晶を生成するように処理し、;
次いで、該粗製ビスフェノールA結晶を再晶析して、再晶析ステージに供給される生成物溶液の組成を選択し、全不純物濃度が0.1wt%を超えないような実質的に純粋な固体ビスフェノールAを晶析により生成させる。 A process for producing bisphenol A crystals with reduced impurities from a product solution characterized by:
The product solution contains components shown in a phase equilibrium relationship that defines the phase compartment represented by the projection diagram of the multi-thermal ternary phase equilibrium, and the solid bisphenol A and bisphenol A / phenol adducts crystallize respectively. Can be
The product solution is first treated to produce crude bisphenol A crystals such that the total impurity concentration excluding solvent does not exceed 1.0 wt%;
The crude bisphenol A crystal is then recrystallized to select the composition of the product solution fed to the recrystallization stage and to be a substantially pure solid such that the total impurity concentration does not exceed 0.1 wt% Bisphenol A is produced by crystallization.
少なくともビスフェノールAとフェノールを含む生成物溶液を作り出す反応ユニット; 反応ユニットから生成物溶液を受け取り、これと、1もしくは複数のリサイクル流とを混合することによって生成物溶液の組成を選択的に調整するように構成されている、混合/分離ユニット;
混合/分離ユニットから調整された生成物溶液を受け取り、晶析によりビスフェノールA/フェノール付加物結晶とビスフェノールA結晶を選択的に生産する晶析ステージ;
晶析ステージからビスフェノールA/フェノール付加物結晶とビスフェノールA結晶を受け取り、溶媒を除いたビスフェノールA結晶の全不純物量が1.0wt%を超えないようにビスフェノールA/フェノール付加物結晶とビスフェノールA結晶の不純物量を減らすように構成されている不純物除去ユニット;
不純物除去ユニットからビスフェノールA/フェノール付加物結晶とビスフェノールA結晶を受け取り、ビスフェノールA/フェノール付加物の晶析をすることなく実質的に純粋なビスフェノールA結晶を直接製造するように晶析させる再晶析ステージ。 The system which manufactures the bisphenol A crystal | crystallization which reduced the impurity characterized by having the following unit or stage.
A reaction unit that produces a product solution comprising at least bisphenol A and phenol; receiving the product solution from the reaction unit and selectively adjusting the composition of the product solution by mixing it with one or more recycle streams A mixing / separation unit configured as follows;
A crystallization stage that receives the conditioned product solution from the mixing / separation unit and selectively produces bisphenol A / phenol adduct crystals and bisphenol A crystals by crystallization;
The bisphenol A / phenol adduct crystal and the bisphenol A crystal are received from the crystallization stage, and the total impurity amount of the bisphenol A crystal excluding the solvent does not exceed 1.0 wt%. An impurity removal unit configured to reduce the amount of impurities in the substrate;
Recrystallization receiving bisphenol A / phenol adduct crystals and bisphenol A crystals from the impurity removal unit and crystallizing to produce substantially pure bisphenol A crystals directly without crystallization of bisphenol A / phenol adducts Analysis stage.
少なくともビスフェノールAとフェノールを含む生成物溶液を作り出す反応ユニット; 反応ユニットからの生成物溶液を受け取り、生成物溶液のフェノール組成を選択的に調整する、部分的にフェノールを除去する部分的フェノール除去ユニット;
部分的フェノール除去ユニットから部分的フェノール除去された生成物溶液を受け取り、これと1もしくは複数の循環流と混合することによって部分的フェノール除去された生成物溶液の組成を選択的に調整するように構成されている、混合/分離ユニット;
混合/分離ユニットから調整された生成物溶液を受け取り、ビスフェノールA/フェノール付加物を晶析させることなくビスフェノールA結晶を直接製造するように構成されているビスフェノールAの晶析ステージ;
ビスフェノールAの晶析ステージからビスフェノールA結晶を受け取り、溶媒を除いたビスフェノールA結晶の全不純物量が1.0wt%を超えないようにビスフェノールA結晶中の不純物量を減らすように構成されている、ビスフェノールAの不純物除去ユニット;
ビスフェノールAの不純物除去ユニットからビスフェノールA結晶を受け取り、これと、1もしくは複数のリサイクル流とを混合することによって、ビスフェノールA結晶と溶媒との組成を選択的に調整することからなるビスフェノールAとリサイクル流混合ユニット;
前記混合ユニットから調整されたビスフェノールA結晶を受け取り、ビスフェノールA/フェノール付加物を晶析させることなく実質的に純粋なビスフェノールA結晶を直接製造するように構成されたビスフェノールAの再晶析ステージ。 A process for producing bisphenol A crystals with reduced impurities, characterized by having the following units or stages.
A reaction unit that produces a product solution comprising at least bisphenol A and phenol; a partial phenol removal unit that receives the product solution from the reaction unit and selectively adjusts the phenol composition of the product solution to partially remove phenol ;
Receiving the partially phenol-depleted product solution from the partially phenol-removing unit and mixing it with one or more circulating streams to selectively adjust the composition of the partially phenol-depleted product solution. Configured, mixing / separation unit;
A bisphenol A crystallization stage configured to receive the conditioned product solution from the mixing / separation unit and directly produce bisphenol A crystals without crystallization of the bisphenol A / phenol adduct;
The bisphenol A crystal is received from the bisphenol A crystallization stage, and the amount of impurities in the bisphenol A crystal is reduced so that the total impurity amount of the bisphenol A crystal excluding the solvent does not exceed 1.0 wt%. Bisphenol A impurity removal unit;
Receiving bisphenol A crystals from the bisphenol A impurity removal unit and mixing this with one or more recycle streams to selectively adjust the composition of the bisphenol A crystals and the solvent and recycling Flow mixing unit;
A bisphenol A recrystallization stage configured to receive conditioned bisphenol A crystals from the mixing unit and directly produce substantially pure bisphenol A crystals without crystallization of the bisphenol A / phenol adduct.
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