Способ выделения -капролактама

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Соаетскии

Социалистических

Республик

« 656513 (61) Дополнительный к патенту (И) М. Кл.

С 07 9 223/02 (22) Заявлено 050572 (21) 1783398/23-04 (23) Приоритет — (32) 07.05. 71

Государственный комитет

С С С Р по дедам изобретений и открытий (31) 7106343 (33) Нидерланды (53) УЛи 547. 466. 3 (088. 8) Опубликовано 0504.79.Бюллетень K 13

Дата опубликования описания 050479 (72) Автор изобретения

Иностранец

Абрахам Германус де Роой (Нидерланды) Иностранная фирма Стамикарбон Н.Ф. (Нидерланды) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЬЩЕЛЕНИЯ с -КАПРОЛАК1ИЖ

Изобретение относится к способу выделения E.-капролактама, который находит широкое применение в производстве нейлона.

Известен способ выделения Е -капролактама из реакционной смеси, образуюшейся в процессе бекмановской перегруппировки циклогексаноноксима путем нейтрализации водным растВ

10 вором аммиака или гидроокиси аммо- ния. При этом образуется водный раствор, содержащий, наряду с целевым продуктом — Я -капролактамом, сульфат аммония и серную кислоту. с -Karipoлактам экстрагируют органическими

15 растворителями, не смешивающимися с водой, например хлороформом, а оставшийся раствор направляют на переработку с целью разложения содержащихся в нем серной кислоты и сульфата аммоЯО ния до двуокиси серы и аммиака, например, путем сжигания в пламени природного газа. Причем двуокись серы возвращают в процесс производства 6 -капролактама на стадию получения серной кислоты, используемой затем для бекмановской перегруппировки.

Недостаток известного способа заключается в получении при нейтрализаакции больших избытков воды, что услож няет последующую экстракцию целевого Е -капролактама, обусловливая использование значительных количеств экстрагента, трудность отделения экстракта, необходимость его последуюшей длительной осушки. Кроме того, образование сильно разбавленных водных растворов, содержащих сульфат аммония и серную кислоту, приводит к необходимости длительного испарения больших количеств воды и значительного расхода электроэнергии на эту операцию с тем, чтобы получить раствор такой концентрации, которая позволяла бы направлять его на дальнейшее разложение с образованием двуокиси серы. Указанные недостатки усложняют известный способ и ограничивают возможность его йрименения., Целью изобретения является уп»»ощение процесса выделения Е -капролактама..

Цель достигается тем, что водный раствор аммиака или гидроокиси аммония берут в количестве, обеспечивающем молярное соотношение между сульфатом аммония и смесью сульфата

1, аммония и серной кислоты, равное

0,30-0,65:1, прн количестве воды

656513

Т-10 моль в расчете на 1 моль трехокиси серы, находящейся в составе серной кислоты.

По способу согласно изобретению подлежащую экстракции смесь лактама серной кислотой перед ее контак"том с экстрагирующим агентом иейтра5 лизуют и разб вляют. сначала такими количествами аммиака и воды, чтобы молярное соотношение между сульфатом аммония и смесью сульфата аммония и, серной кислоты в растворе, подверга- 0 емом экстракции, достигло значения от 0,30 1 до 0,65:1 и Чтобы, кроме того, содержанйе воды в подлежащем экстракции растворе не превышало

10 моль на каждый моль трехокиси се- Ы ры, первоначально присутствовавшей в виде свободной трехокиси серы и трехокиси серы, которая связана в виде серной кислоты.

После экстракции лактама остается g0 раствор, включающий сульфат аммония и свободную серную кислоту, в котором концентрация этих соединений составляет приблизительно 50 вес.Ъ.

Сульфат аммония и серную кислоту можно разложить на ЯО ., О „ N и

HйО путем сжигания,:например, в пламени природного газа. Для экстракции лактама применяют известные для этих целей растворители, такие как бензол и,толуол для растворов меньшей киалотности, или как хлороформ и другие хлорированные углеводороды, например 3.,2-дихлорэтан или 1, 1,2,2-тетрахлорэтан, для растворов еще сильной кислотности.

На фиг. 1 и 2 представлены схемы осуществления способа согласно изоб. ретению. Схема на фиг. 1 относится к одноступенчатой экстракционной системе, а на фиг. 2 — к двухступенча- 40 той экстракционной системе.

В амесительный сосуд 1 (см.схему на фиг..1) по трубопроводу 2 подают смесь, состоящую из .Е -капролактама и серной кислоты, по трубопро- @ воду 3 — воду, B BQ трубопроводу 4 газообразный; аммиак.

По трубопроводу 5 в экстракционную колонну б вводят частично нейтрализованный раствор, а противотоком по трубопроводу 7 — экстрагент. Ilo трубопроводу 8 смесь б.

-капролактама и экстрагента направляют в колонну 9, где лактам отделяют от экстрагента путем выпаривания и/или промывки водой.

По трубопроводу 7 экстрагент снова подают в колонну б. Полученный

6 -капролактам отбирают по трубопроводу 10. Из верхней части колонны б 60 выводят по трубопроводу 11 растворр состоящий из сульфата аммония и серной кислоты, свободный от Е -капролактама.

Схема на фиг. 2 отличается от схе- 6g мы на фиг. 1 тем, что одну экстракционную колонну заменяют двумя зкс= тракцноннымн колоннами б и 12, между которыми располагают зкстракционнонейтрализационный сосуд 13.

В сосуде 1 нейтрализацию осуществляют до меньшей степени, например, от половины до двух Третей1 желаемой конечной степени, при помо- щи аммиака, поступающего по трубопроводу 4. Необходимой степени нейтрализации достигают в сосуде 13 при помощи аммиака, подаваемого по трубопроводу 4а

В колонне б происходит неполная, экстракция, так как кислотность оказывается слишком высокой; экстракцию завершают в колонне 12, которая связана а колонной б трубопроводом 14, а с сосудом 13 — трубопроводом 15 для подачи раствора, подлежащего экстракции.

При осуществлении способа по схеме, изображенной на фиг. 2,получают высококонцентрированный (более б0 вес;Ъ) свободный от лактама раствор бисульфата аммония, в то время как при реализации способа по схеме изображенной на фиг. 1, получают раствор бисульфата аммония концентрации 50 вес.Ъ. Однако дополнчтельно полученный раствор лактама в зкстрагенте имеет слишком низкую концентрацию, а именно примерно 3 вес,ч. лактама на 100 вес.ч. зкстрагента, в то время как при осуществлении способа согласно схеме, приведенной на фиг. 1, концентрация лактама в растворе достигает около 25 вес.В.

Пример .1. В сосуд 1 (см. фиг.2) подают смесь, полученную после осуществления бекмановской перегруппировки и состоящую из 100 молв лактама и 150 моль серной кислоты, а затем вводят 516 моль воды и 75 моль аммиака. Из смесительного сосуда образовавшуюся смесь направляют на экстракцию.

Степень нейтрализации раствора при этом 0,25, содержание воды 3,44 моль на 1 моль первоначально имеющейся серной кислоты, количество 5 --капро.лактама в растворе 31 вес.Ъ. Указанный раствор экстрагируют 3050 моль хлороформа, получая при этом раствор, состоящий нз 100 моль лактама и

3050 моль хлороформа, т.е. 1Ъ-ный по весу.

100 моль Я -капролактама выводят по трубопроводу 7, а 3050 моль хлороформа подают по трубопроводу 15 в колонну 12, Раствор, отбираемый нз колонны б, состоит из 400 моль лактама, 37,5 моль сульфата аммония, 112,5 моль серной кислоты и 516 моль воды. Затем его нейтрализуют 75 моль аммиака в сосуде 13 и подают в колонну 12, где экстрагируют хлороформом.

По трубопроводу 8 отбирают свободный от E --капролактама раствор, состоящий из 75 моль сульфата аммо656513 ния, 75 моль серной кислоты и 516 моль воды, т,е. представляющий собой 65Ъный (по весу) раствор сульфата аммония.

Пример 2. В сосуд 1 по тру6 опроводу 2 подают смесь 100 моль ,Я -капролактама и 150 моль серной кислоты, полученную в результате бекмановской перегруппировки, по трубопроводу 3 — 640 моль воды, а по трубопроводу 4 - 150 моль аммиака.

Кроме тоге, в сосуд 1 вводят 536 моль 10 хлороформа, в котором уже растворены

19 моль -капролактама. Из этого сосуда по трубопроводу 5 отбирают гетерогенную смесь, которую разделяют, на два слоя. Верхний слой, состоящий из 19 моль f -капролактама, 150 моль бисульфата аммония и 640 моль воды, снова поступает в колонну 6, где его экстрагируют в противотоке хлороформом (536 моль).

Нижний слой, представляющий собой раствор 100 моль F -капролактама в 536 моль хлороформа, т.е. 14,6Ъный (по несу) раствор, подают в сепарационную зоуу, откуда из нижней части отбирают 100 моль С-капролактама, а из верхней — рециркулируют еще 536 моль хлороформа. Из верхней части колонны 6 выводят сво-. бодный от Я -капролактама раствор, состоящий из 75 моль сульфата аммо- 30 ния, 75 моль серной кислоты и

640 моль воды, *.е. представляющий

-собой 6ОЪ-ный (по весу) раствор бисульфата аммония.

50-6ОЪ-ные (по весу) растворы, . полученные по способу согласно изобретению, пригодны для разложения с образованием азота, двуокиси серы .и воды путем сжигания в пламени природного газа, причем полученную 40 ,газовую смесь используют в качестве сырья на заводах для изготовле-. ния олеума.

Пример 3 (сравнительный).

Повторяют пример 2 при идентичных условиях, уменьшая подаваемое по

45 трубопроводу 4 количество аммиака. с 150 до 50 моль, что соответствует снижению молярного соотношения между сульфатом аммония и смесью сульфата аммония и серной кислоты от 0,5 до

0,2.

В результате снижения молярного соотношения отводимый по трубопроводу 8 раствор бисульфата аммония содержит примерно 60 моль лактама 55 (6ОЪ исходного количества). Такое большое. количество Q --капролактама в отводимом растворе непригодно для промышленных целей.

С целью уменьшения количества . 0

Е -капролактама в отводимом растворе до 0,1Ъ (вместо 60Ъ) от исхоцного количества, необходимо повысить количество воды (подаваемой по трубопроводу 3) с 640 до 1900 моль. Однако в данном случае отводимый по трубопроводу 8 раствор бисульфата аммония содержит намного больше воды, вследствие чего необходимо большее количество энергии для выпаривания ее во время разложения раствора бисульфата аммония.

П р и и е р 4 (сравнительный).

Повторяют пример 2 при идентичных условиях, повышая подаваемое по трубопроводу 4 количество аммиака со

150 до 210 моль, что соответствует повышению молярного соотношения между сульфатом аммония и смесью сульфата аммония и серной,. кислоты от 0,5 до

0,7.

В результате повышения молярного соотношения выкристаллизовывается твердая соль (двойная соль сульфата аммония и бисульфата. аммония) в сосуде 1, вследствие чего отводимый то трубопроводу 7 жиДкий Я -капролактам содержит твердую соль„ Что препятствует дальнейшему ведению процесса. Во избежание указанной кристаллизации необходимо вводить по трубопроводу 3 2900 моль воды вместо

640. Следовательно по сравнению с примером 2 следует использовать больше энергии при разложении раствора бисульфата аммония, так как из-за более высокого молярного соотношения . необходимо вводить большие когычества воды и аммиака (210-150 = 60 моль)При укаэанном разложении аммиак не рекуперируется, а превращается в азот и воду, формула изобретения

Способ выделения Я -капролактама из реакционной смеси, получаемой в процессе бекмановской перегруппиров ки циклогексаноноксима, путем нейтрализации водным раствором аммиака или гидроокиси аммония с последующей экстракцией целевого продукта иэ

Полученного при этом водного раство.Ра органическим растворителем, не смешивающимся с водой, отделением водного слоя от органического, высокотемпературным разложением водного раствора, содержащего сульфат аммония и серную кислоту, и выделением целевого продукта известными приемами, отличающийся тем,что, с целью упрощения и усовершенствования процесса, водный раствор аммиака или:гидроокиси аммония берут в количестве обеспечивающем молярное соотношение между сульфатом,аммония и смесью сульфата аммония и серной кислоты, равное 0,30-0,65 : 1, при количестве воды 1-10 моль в расчете на 1 моль трехокиси серы, нахо,дящейся в составе серной кислоты.

656513

Фиг. /

Фиг. 2

Редактор 3. Бородкина .Заказ 1582/53 с с с L филиал ППП Патент, r ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Е. Дембовская

Техоед М. Пет ко Корректор А. Кравченко о

Тираж 512 Подписное

lgfHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва F-35 Раушская наб. д. 4/5