BE1011047A3 - Werkwijze voor het zuiveren van caprolactam. - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het zuiveren van een waterig caprolactammengsel door in een heenextractie het caprolactam te extraheren met een niet met water mengbaar organisch oplosmiddel voor caprolactam en in een terugextractie het caprolactam van het organische oplosmiddel te bevrijden door extractie met water onder vorming van een waterige oplossing van caprolactam, waarbij voor de heenextractie en/of de terugextractie tenminste een aparte voor extractie plaatsvindt, waarbij in een voor de heenzxtractie geëxtraheed wordt met een niet met water mengbaar organisch oplosmiddel en in een voorextractie voor terugextractie met water geëxtraheerd wordt.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   WERKWIJZE VOOR HET ZUIVEREN VAN CAPROLACTAM 
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van een waterig caprolactammengsel door in een heenextractie het caprolactam te extraheren met een niet met water mengbaar organisch oplosmiddel voor caprolactam en in een terugextractie het caprolactam van het organische oplosmiddel te bevrijden door extractie met water onder vorming van een waterige oplossing van caprolactam. 



   Een dergelijke werkwijze is bekend uit NL-A- 77110150. Hierin wordt de zogenaamde heenextractie van caprolactam uit water naar benzeen en de terugextractie vanuit benzeen naar water beschreven. Het nadeel van deze werkwijze is echter dat indien de kolommen hoger worden belast, bijvoorbeeld in het geval dat de caprolactamproductie verhoogd wordt, dit ten koste gaat van het extractierendement van de gebruikte extractiekolommen. 



   Doel van de uitvinding is nu om een werkwijze te verschaffen waarbij de extractiestappen hoger kunnen worden belast zonder verlies van extractierendement. 



   Dit doel wordt bereikt doordat voor de heenextractie en/of de terugextractie tenminste een aparte voorextractie plaatsvindt, waarbij in een voorextractie voor de heenextractie   geëxtraheerd   wordt met een niet met water mengbaar organisch oplosmiddel en in een voorextractie voor terugextractie met water   geëxtraheerd   wordt. 



   Hierdoor kan elke extractiestap voor 30% meer worden belast met slechts één extra theoretische schotel, bovendien wordt zelfs een verbeterd extractierendement verkregen. Het zuiveren van caprolactam door middel van heen-en terugextractie 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 betekent vaak een bottleneck in de caprolactamproductie, omdat de extractiekolommen de steeds grotere caprolactamproducties niet kunnen verwerken. Door nu een voorextractie te laten plaatsvinden kan men, zelfs zonder extra apparatuur, bijvoorbeeld kolommen, te moeten plaatsen, dit probleem op eenvoudige wijze oplossen. Nieuwe extractiekolommen zijn bovendien duur en het is vaak moeilijk om ze in een bestaande fabrieksopstelling in te bouwen. 



   Deze voorextractie kan plaatsvinden in bijvoorbeeld een mixer/settler. Een mixer/settler is een apparaat met een menggedeelte en een bezinkgedeelte. In het menggedeelte worden de vloeistoffen bij elkaar gevoegd en wordt er energie aan toegevoegd, bijvoorbeeld door middel van een roerder. 



  Hierdoor ontstaan er druppeltjes van de ene vloeistof in de andere, een dispersie. In het bezinkgedeelte verblijft de dispersie voldoende lang om, bij voorkeur bij laminaire stroming, de druppeltjes te laten coalesceren. 



   Geschikte mixer/settlers zijn het doos-type-, de IMI-, de "General Mills"- of de Kemiramixer/settler, als beschreven in"commercial LiquidLiquid Extraction Equipment" (1976) p. 1-295-297. 



   Het is ook mogelijk om op een kolom een verlengstuk te plaatsen, dit verlengstuk kan eventueel ook worden verbreed. 



   Extractie van caprolactam bevatende mengsels kan bijvoorbeeld plaatsvinden met behulp van extractiekolommen. Als extractiekolommen komen kolommen voorzien van roterende inwendig aangebrachte elementen, de zogenaamde rotating disc columns (RDC), en organen voor het pulseren van de vloeistofkolom, in aanmerking. 



  Pulserende kolommen met vullichamen, pulserende kolommen met zeefschotels, asymmetrische rotating disc contactor (ARD), Scheibelkolommen, Kühnikolommen zijn eveneens geschikt. In het algemeen is het voldoende de 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 werkwijze in een kolom met 3-25 theoretische schotels uit te voeren afhankelijk van de gewenste zuivering. 



  Het is natuurlijk mogelijk het aantal trappen desgewenst te vergroten. Het extractieproces wordt bij voorkeur in tegenstroom uitgevoerd, omdat de extractie dan het meest   efficiënt   en daarmee economisch verloopt. 



   Caprolactam kan bijvoorbeeld worden bereid door een Beckmann-omlegging van cyclohexanonoxim   i. a. v.   zwavelzuur. De Beckmann-omlegging kan zowel in de gasfase als in de vloeistoffase plaatsvinden. Na de omlegging in de vloeistoffase vindt er gewoonlijk neutralisatie van het omlegmengsel plaats met behulp van bijvoorbeeld ammoniak. Hierdoor treedt fasescheiding op. In de ene fase is zo goed als alle caprolactam aanwezig en in de andere fase zo goed als alle ontstane ammoniumsulfaat. 



   In een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het caprolactam-bevattende mengsel bij de heenextractie eerst in bijvoorbeeld de mixer/settler als voorextractiestap, gebracht, daar wordt dan ook het organische oplosmiddel afkomstig vanuit een extractiestap, bijvoorbeeld een kolom, toegevoegd. 



  Vervolgens worden de twee fasen gedurende enige tijd intensief gemengd. Voor de mengtijd is van belang dat nagenoeg het fysich evenwicht wordt bereikt. Gewoonlijk bedraagt de mengtijd tussen de 10 minuten en een half uur. Daarna komt het mengsel in het bezinkgedeelte waar de ontstane dispersie kan bezinken, hierdoor ontstaat een aparte waterfase, die vervolgens wordt afgescheiden, en een aparte organische fase. Daarna wordt de afgescheiden waterfase aan de bovenzijde in de heenextractiekolom toegevoerd. Het is ook mogelijk om een gedeelte van de dispersie uit de mixer/settler aan de top van de extractiekolom en een ander gedeelte op bijvoorbeeld een derde van de hoogte van de extractiekolom aan de kolom toe te voeren. Het extractiemiddel wordt aan de onderzijde van de 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 extractiekolom toegevoerd. 



   Het is niet noodzakelijk de (totale) hoeveelheid van de extractiemiddelen aan de bovenzijde van de kolom dan wel de mixer/settler toe te voeren. 



  Desgewenst kan een gedeelte, of het geheel van de extractiemiddelen in het bovenste derde gedeelte van de extractiekolom en/of aan de zijkant van de mixer/settler worden toegevoerd. 



   Het is mogelijk om meerdere   heen-en/of   terugextracties uit te voeren. 



   De voorextractie kan zowel bij de heenextractie als bij de terugextractie worden toegepast of bij beide extractiestappen. Bij voorkeur vindt de voorextractie plaats aan de geconcentreerde kant van een heenextractie en/of terugextractie. De voorextractie vindt bij voorkeur plaats in een mixer/settler. Het is uiteraard ook mogelijk om meerdere mixer/settlers toe te passen. 



   De temperatuur waarbij de voorextractiestap voor de eerste stap plaatsvindt ligt tussen 20 en   80 C.   De temperatuur van de voorextractiestap voor een tweede extractie ligt tussen 10 en   60 C.   



   Geschikte extractiemiddelen voor de heenextractie zijn benzeen, tolueen, xyleen, chloroform, gechloreerde koolwaterstoffen of hogere alcoholen, dit zijn enkel-of meervoudige alcoholen met 5-12 C-atomen. Deze extractiemiddelen kunnen ook caprolactam bevatten. 



   In het geval van de terugextractie is het extractiemiddel gewoonlijk water of een oplossing van caprolactam in water. 



   Na gebruik worden de extractiemiddelen bij voorkeur opnieuw gebruikt, eventueel na zuivering. 



   Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is schematisch weergegeven in figuur 1, waarin A en B extractiekolommen voorstellen. Via leiding 1 wordt een caprolactam/watermengsel, aan een 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 mixer/settler 2 toegevoerd. Aan de mixer/settler 2 wordt tevens via leiding 4 organisch oplosmiddel, bijvoorbeeld benzeen of benzenische lactam, toegevoerd. 



  Via leiding 3 wordt de   voorgeêxtraheerde   waterige caprolactam bevattende voeding aan kolom A toegevoerd. 



  Daarin wordt in tegenstroom via leiding 6 organisch oplosmiddel toegevoerd om het caprolactam uit de waterige oplossing te extraheren. Een, van het grootste deel van het caprolactam bevrijde, waterige oplossing wordt via leiding 5 afgevoerd. De organische caprolactamoplossing wordt via leiding 4 weer in mixer/settler 2 gebracht, waarna het via leiding 7 in mixer/settler 8 wordt gebracht. Via leiding 9 wordt de organische caprolactamoplossing in extractiekolom B geleid, waarin met een door leiding 11 aangevoerd water een terugextractie van caprolactam plaatsvindt. 



  Nagenoeg van caprolactam bevrijd oplosmiddel wordt via leiding 10 afgevoerd om opnieuw als extractiemiddel voor het caprolactam/watermengsel te worden gebruikt. 



   De uit kolom B verkregen oplossing van caprolactam in water wordt via leiding 12 toegevoerd naar mixer/settler 8 om vervolgens verder te worden geleid via leiding 13 naar verdere opwerking. 



   De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van onderstaande voorbeelden Veraeliikend Experiment A
Een waterig caprolactammengsel met   71, 9 gew. %   caprolactam werd   geëxtraheerd   met benzeen in een zgn. 'rotating disc column' (rdc) van 4, 5 m lengte en 7, 5 cm diameter, zie figuur 2. De discs roteerden met een snelheid van 400 rotaties per minuut (rpm's). In de top van de kolom (7') werd het waterige caprolactam toegevoegd via voeding (1') met een debiet van 30 l/u. 



  In de bodem werd benzeen toegevoegd via stroom (2') met een debiet van 84 l/u. Het extractierendement werd geoptimaliseerd met behulp van variatie van de 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 toevoeging van roterende energie. De uitgaande waterfase (3') bevatte   0, 4 gew. %   caprolactam, de uitgaande benzeenfase (4') bevatte 22   gew. %   caprolactam. Het extractierendement is gebaseerd op de hoeveelheid caprolactam in (3') ten opzichte van de hoeveelheid caprolactam in de voeding (1'), is 99, 5% Voorbeeld I
Vergelijkend Experiment A werd herhaald, echter nu was een mixer/settler combinatie voor de kolom geplaatst, zie figuur 3. De mixer   (8")   was een geroerd vat van 15 cm hoog en met een diameter van 30 cm. De verblijftijd in de mixer was 5 minuten.

   De settler   (9")   was een rechthoekige bak van 0, 6 bij 0, 3 bij 0, 2 m. De verblijftijd in de settler was 10 minuten. De rotatiesnelheid in de rdc bedroeg 700 rpm. De debieten van het waterige caprolactammengsel en van het benzeen werden met 25% verhoogd. Het debiet van voeding   (1")   was 37, 5 l/u, en van stroom   (2")   105 l/u. 
 EMI6.1 
 



  De uitgaande waterfase (3") bevatte nog maar 0, caprolactam, terwijl de uitgaande benzeenfase (4") nog steeds 22 gew. caprolactam bevatte. Het extractierendement was 99, 8%, terwijl de capaciteit van de extractiestappen combinatie bovendien met 25% was verhoogd. 



  Veraeliikend Experiment B
Een waterig caprolactammengsel met 71% caprolactam werd geextraheerd met tolueen in een 'pulsed packed column' (ppc) van 5 m lengte en 5 cm diameter. In de top van de kolom (7') werd het waterige caprolactammengsel toegevoegd via voeding (1') met een debiet van 7, 6 kg/u, zie figuur 2. In de bodem werd tolueen via stroom (2') toegevoegd met een debiet van 28 kg/u. De pulsatiesnelheid in de kolom varieerde tussen 0, 005 en 0, 02 m/s. De uitgaande waterfase (3') bevatte 8   gew. %   caprolactam, de uitgaande tolueenfase 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 (4') bevatte 17   gew. %   caprolactam. Het extractierendement werd gebaseerd op de hoeveelheid caprolactam in (3') gerelateerd aan de hoeveelheid caprolactam in de voeding   (1')   en was 93%. 



  Voorbeeld II
Vergelijkend experiment B werd herhaald, nu werd een mixer/settler voor de kolom geplaatst, zie figuur 3. De debieten van voeding   (1")   en stroom   (2")   werden met 20% verhoogd. Het debiet van voeding   (1")   was 9, 1 kg/u, en van stroom   (2")   34 kg/u. De uitgaande waterfase   (3")   bevatte nog slechts 5   gew. %   caprolactam, terwijl de uitgaande tolueenfase (4") nog 17   gew. %   caprolactam bevatte. Het extractierendement was 96%, terwijl de capaciteit van de extractiestappen bovendien was verhoogd met 20%. 



    Veraeliikend   Experiment C
Een waterig caprolactammengsel met 71   gew. %   caprolactam werd geëxtraheerd met benzeen in een ppc van 6 m hoogte en 0, 23 m diameter. In de top van de kolom (7') werd het waterige caprolactammengsel toegevoegd via voeding   (1')   met een debiet van 123 kg/u, zie figuur 2. In de bodem werd benzeen via stroom (2') toegevoegd met een debiet van 243 kg/u. De pulsatiesnelheid in de kolom varieerde tussen 0, 006 en 0, 0125 m/s. 



  De uitgaande waterfase (3') bevatte ca.   1, 5 gew. %   caprolactam, de uitgaande benzeenfase (4') bevatte ca. 



  20   gew. %   caprolactam. Het extractierendement werd gebaseerd op de hoeveelheid caprolactam in (3') gerelateerd aan de hoeveelheid caprolactam in de voeding   (1')   en was 99, 4%. 



  Voorbeeld III
Vergelijkend experiment C werd herhaald, nu werd een mixer/settler voor de kolom geplaatst, zie 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 figuur 3. De debieten van voeding   (1")   en stroom   (2")   werden met 25% verhoogd. Het extractierendement was 99, 8%. 



  Veraeliikend experiment D
Een benzenisch caprolactammengsel met 20   gew. %   caprolactam werd   teruggeêxtraheerd   met water in een ppc van 8 m hoogte en 0, 10 m diameter. In de top van de kolom (7') werd het water toegevoegd met een debiet van 50 kg/u, zie figuur 2. In de bodem werd het benzenische caprolactammengsel (2') toegevoegd met een debiet van 103 kg/u. De pulsatiesnelheid in de kolom bedroeg 0, 02 m/s. De uitgaande waterfase (3') bevatte 
 EMI8.1 
 ca. 28 gew. caprolactam, de uitgaande benzeenfase (4') bevatte ca. 0, caprolactam. Het extractierendement was 99, 0%. 



  Voorbeeld IV
Vergelijkend experiment D werd herhaald, nu werd een mixer/settler aan de onderzijde van de kolom geplaatst. Bij gelijkblijvende pulsatiesnelheid werden de debieten van stromen   (1")   en   (2")   verhoogd tot 60 kg/u (l") en 124 kg/u   (2").   De uitgaande benzeenfase bevatte slechts   0, 02 gew. %   caprolactam. Het extractierendement was 99, 9%.

Claims (6)

1. CONCLUSIES 1. Werkwijze voor het zuiveren van een waterig caprolactammengsel door in een heenextractie het caprolactam te extraheren met een niet met water mengbaar organisch oplosmiddel voor caprolactam en in een terugextractie het caprolactam van het organische oplosmiddel te bevrijden door extractie met water onder vorming van een waterige oplossing van caprolactam, met het kenmerk, dat voor de heenextractie en/of de terugextractie tenminste een aparte voorextractie plaatsvindt, waarbij in een voorextractie voor de heenextractie geëxtraheerd wordt met een niet met water mengbaar organisch oplosmiddel en in een voorextractie voor terugextractie met water geëxtraheerd wordt.
2. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de voorextractie plaatsvindt aan de geconcentreerde kant van een heenextractie en/of terugextractie.
3. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de voorextractie plaatsvindt in een mixer/settler.
4. 4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de voorextractie voor de heenextractie plaatsvindt bij een temperatuur tussen 20 en 80 C.
5. 5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de temperatuur van de voorextractie voor de terugextractie plaatsvindt bij een temperatuur tussen 10 en 60 C.
6. 6. Werkwijze zoals beschreven in de beschrijvingsinleiding en toegelicht aan de hand van de voorbeelden.