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Procédé de vaporisation de l'acide adipique
La présente invention a pour objet un procédé continu de vaporisation de l'acide adipique, permettant de transformer celui-ci en vapeur avec le minimum de dégradation et de carbonisation.
L'acide adipique, comme beaucoup d'autres composés organi- ques à haut point d'ébullition, a tendance à devenir instable et à se décomposer aux températures voisines de son point d'ébullition.
Par exemple, ASCHAN (Ann.383-58 (1911) ) a étudié la distillation d'acide adipique sous pression atmosphérique en présence de gaz carbonique et a trouvé qu'il n'y a pas formation très importante d'anhydride et que l'acide est dégradé en partie en cyclopentanone et en partie en acide allylacétique. De plus, au cours de cette distillation, le liquide dans le récipient se oarbonise rapidement.
Le procédé habituel pour éviter la carbonisation est de travailler sous pression réduite, mais ce procédé convient mieux à l'échelle du laboratoire qu'à celle d'une exploitation industrielle.
Le brevet anglais N 494.236 décrit un procédé de prépa- ration d'adiponitrile à partir d'acide adipique, où l'on fait passer un mélange gazeux d'ammoniac et d'acide adipique sur un catalyseur
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de déshydratation à des températures élevées. Dans .ce procédé comme dans les autres procédés qui emploient de l'acide adipique gazeux comme l'un des réactifs,il est extrêmement important,au point de vue du rendement, d'effectuer cette vaporisation avec le minimum de décomposition.
De plus,pour pouvoir travailler d'une façon continue,il est également important d'effectuer cette vaporisation en évitant la formation de carbone ou de dépôts charbonneux durs. Ceci est difficilement réalisable industriellement en travaillant sous pressionréduite.
La présente invention a pour objet de fournir un procédé continu de vaporisation de l'acide adipique en évitant presque complètement la formation de produits de pyrogénation.
Ceci est réalisé en amenant l'acide adipique en contact avec un agent de transmission de ohaleur maintenu à une température supérieure au point d'ébullition de l'acide; cet agent est capable de transmettre à l'acide une quantité de ohaleur supérieure à celle qui est nécessaire pour la vaporisation complète de l'acide,en un temps
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suffisamment court pour éviter toute décompos itionapprécjable de l'acide.
L'invention est décrite ci-après de façon détaillée dans les exemples suivants qui, avec le dessin ci-joint, ne sont donnés qu'à titre illustratif,
La fig. 1 représente un appareil de vaporisation compre- nant un tube conique 1, disposé verticalement, fermé et muni d'une admission 6 à sa partie inférieure,d'un échappement 7 et d'une admission 8 à sa partie supérieure. Au sommet du tube conique 1 se trouve un arbre tournant vertical 4, se prolongeant à l'intérieur du tube conique 1 au-dessous de l'échappement 7.
A l'extrémité inférieure de l'arbre 4 se trouve un disque distributeur 2, avec un rebord vertical muni d'une fente 5, comme représenté sur la fig.2, qui est une vue en perspective du disque 2 aveo sa fente 5.Le tube conique 1 est entouré d'un espaoe annulaire 3 contenant un liquide ou tout autre agent chauffant. Un tube 8 sert à l'amenée d'acide adipique sur le disque distributeur 2.
Exemple 1 - L'appareil de vaporisation de l'acide adipique présente la construction suivante: le tube conique vertical 1 a
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environ 1,20 mètre de long; 25 cm de diamètre supérieur, 10 cm de diamètre inférieur. L'échappement de vapeur 7, de 5 cm de diamètre, est situé à 10 cm au-dessous du sommet. Les deux extrémités du tube 1 sont fermées. Au centre du couvercle supérieur est placé un presse- étoupe, traversé par l'arbre 4. Le disque 2, fixé à l'extrémité inférieure de cet arbre, qui descend à environ 10 cm au-dessous de l'éohappement 7, a 10 cm de diamètre et 1,25 cm d'épaisseur et est muni d'une mince fente 5 de 0,3 cm de large.
Le tube de vaporisage 1 est muni d'un système de chauffage, de préférence par ciroulation de liquide dans l'espace annulaire 3, permettant d'atteindre 350 C.
On chauffe le tube conique à une température de 350 C et on introduit de l'ammoniao, préalablement chauffé à 500 C, à une vitesse de 1785 gr/heure, par l'orifice d'admission 6. On pompe de l'acide, adipique fondu, à raison de 938 gr/heure, par le tube d'admission 8 qui débouohe juste au-dessus de la surface du disque tournant 2. On fait tourner l'arbre 4 et le disque 2 à environ 200 tours/minute. L'aoide se répand sur la surface du disque 2, traverse la fente 5 et est distribué uniformément en fines gouttelettes sur les parois du tube de vaporisage 1. Au contact de ces parois, les gouttelettes sont vaporisées instantanément sans carbonisation.
Le mélange gazeux d'acide adipique et d'ammoniac passe par l'échappement 7 à travers une colonne de lavage à l'eau (non représentée), où il se dissout en donnant une solution d'ammoniaque et d'adipate d'ammonium. Le rendement de la vaporisation est déterminé en récupérant l'acide adipique de la solution ammoniacale.
De 5744 gr d'acide adipique vaporisés en 6 heures, en récupère 5420 gr d'acide, correspondant à 94,25 %. Il s'est déposé moins de 20 gr de produit charbonneux à l'intérieur du tube.
Si on veut préparer de l'adiponitrile, on procède de la façon suivante: On fait passer de l'ammoniac et de l'acide adipique dans le vaporisateur à raison de 1 kg/heure et 2 kg/heure,respeoti- vement. Le mélange de vapeurs, formé comme décrit ci-dessus,passe du vaporisateur par un tube chauffé dans une chambre annulaire contenant 9 litres d'un catalyseur à gel de silice (calibrage 4/8) chauffé à 345 C. En traversant ce catalyseur, le mélange gazeux est
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déshydraté et donne un produit comprenant presque uniquement de l'adiponitrile. En traitant 95,76 kg d'acide adipique en 44,5 heures, on obtient 70,4 kg d'un produit huileux qui, par distillation, donne 54,3 kg d'adiponitrile (P.E.155 C/10 m/m). Ceci correspond à un rendement de 76,7 % de la théorie.
Exemple 2.- Un tube de vaporisation, analogue à celui de l'exemple 1, est fermé au sommet par un joint plein et muni à sa partie inférieure d'un dispositif de pulvérisation, du type employé dans la peinture au pistolet, composé de deux ouvertures concentriques : un orifice interne pour le liquide et un orifice externe pour le gaz. L'ajutage pour le liquide est monté sur une vis réglable, permettant de faire varier l'orifice pour le gaz. On détend du gaz sous pression à travers l'orifice externe, qui vaporise instantanément en très fines gouttelettes le liquide arrivant par l'ajutage central.
On peut utiliser cet appareil pour vaporiser de l'acide adipique de la manière suivante : On chauffe de l'ammoniac, sous pression de 2 kg environ, à 450-500 , et on le détend à travers le*- rifice externe. On pompe à travers l'ajutage interne de l'acide adipique fondu à environ 170 C. Les débits relatifs d'ammoniac d'acide adipique doivent être tels que l'ammoniac apporte, pendant un intervalle de temps déterminé, une quantité de chaleur égale ou supérieure à celle nécessaire pour transformer en vapeurs, à la température d'environ 350 C, l'acide adipique pompé pendant le même intervalle de temps.
Par suite de la disposition concentrique du dispositif de vaporisage, la tubulure d'arrivée de l'acide adipique est entourée d'un espace annulaire où circule l'ammoniac chauffé. Par conséquent, il se produit une transmission de chaleur à travers les parois de la tubulure, et une quantité appréciable d'acide adipique est volatilisée avant qu'il quitte l'ajutage. Le reste est transformé en fines gouttelettes, dont la température est très voisine du point d'ébullition et qui sont instantanément transformées en vapeurs au contact des parois du tube.
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Dans ce procédé, le temps pendant lequel l'acide adipique liquide reste en contact avec un agent chauffant, à une température supérieure à sa température de décomposition, est rarement supérieur à quelques secondes. Le rendement de cet appareil est très bon, comme on le voit par l'exemple suivant : on alimente le dispositif de vaporisation en acide adipique fondu et ammoniac à raison d'environ 1 kg/heure et 2 kg/heure, respectivement, pendant 23 heures.
Le mélange gazeux sortant passe ensuite dans une chambre de réaction contenant 9 litres d'un catalyseur à gel de silice (calibrage 4/8), chauffé à 345 0. Les gaz sortant de cette chambre de réaction sont condensés en donnant deux couches liquides: une couche supérieure, consistant principalement en adiponitrile, et une couche inférieure aqueuse. La distillation fractionnée, sous vide, de la couche huileuse obtenue à partir de 20,78 kg d'acide adipique, donne 12,3 kg d'adiponitrile pur (P,E. 155 C/10 m/m), correspondant à 80,03 % de la quantité théorique.
Exemple,3.- On construit l'appareil de transmission de chaleur suivant. On fabrique une spirale avec 3,75 mètres de tube de ouivre de 1,6 m/m de diamètre interne, que l'on dispose dans un bain de vapeur de diphényl-oxyde de diphényl, l'axe de la spirale étant incliné à 45 . Les extrémités de la spirale sortant en haut et en bas servent respectivement d'admission et d'échappement.
On effectue la vaporisation de l'acide adipique de la manière suivante: On chauffe la spirale à environ 370 C et on y fait passer, au moyen d'une pompe, de l'aoide adipique fondu à environ 175 0. En traversant le tube surchauffé, l'acide adipique est rapidement transformé en vapeurs, de telle sorte qu'avec un débit de 25 gr/minute, il se produit une baisse de pression d'environ 1,3 kg.
L'acide adipique sortant est complètement vaporisé à environ 350 C; on peut ainsi récupérer 95 à 99 % de la quantité d'acide mise en oeuvre. Par suite de la turbulence du courant dans le tube en spirale, les parois internes restent propres et l'appareil peut fonctionner longtemps sans nettoyage. ûn peut utiliser cet appareil pour la synthèse de l'adiponitrile en le reliant à une chambre de mélange du type décrit
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dans les exemples 1 et 2.
Si, par exemple, on vaporise de l'acide adipique à une vitesse d'environ 1 kg/heure, mélangé à de l'ammoniac à raison de 2 kg/heure, et si on fait passer le mélange gazeux résultant sur un catalyseur à gel de silice chauffé à environ 345 C, on obtient, à partir de 46,54 kg d'acide adipique, un produit brut contenant 25,445 kg d'adiponitrile pur avec un rendement de 78 %.
Il est bien entendu que les conditions opératoires décrites dans les exemples ci-dessus peuvent varier. On peut travailler sans utiliser de gaz de transport ; ou bien on peut remplacer l'ammoniac par d'autres gaz, tels que l'azote ou le gaz carbonique.
Il est préférable de maintenir l'agent de transmission de chaleur à une température supérieure d'au moins 25 C à celle du point d'ébullition de l'acide adipique, qui est d'environ 312 C sous pression normale. La température exacte pourra varier suivant l'appareil utilisé. Comme dit ci-dessus, l'acide adipique est très instable à sa température d'ébullition; il est par oonséquent très important que la vaporisation soit effectuée dans un intervalle de temps très court.
Il est évident que le procédé ici décrit est supérieur aux procédés antérieurs; on a, cependant, effectué l'expérience suivante de synthèse de l'adiponitrile en utilisant le procédé ordinaire de vaporisation au tube pour mieux le démontrer.
On installe verticalement un tube à réaotion dans un four électrique et on le remplit de couches successives de 200 cc de quartz (calibrage 8/14) et 200 cc de gel de silice (calibrage 8/14).
On chauffe le tube à 360 C et on y fait circuler un oourant d'ammoniac, à raison de 3 molécules/heure. On introduit de l'acide adipique au sommet du tube, à raison de 60 gr/heure. A mesure que l'acide adipique fondu coule à travers la couche de quartz, il est vaporisé et passe sur la couche de catalyseur. L'essai a été arrêté au bout de 16 heures, par suite d'un bouchage partiel de carbone dans la couche de quartz. La transformation moyenne en adiponitrile pendant les 8 premières heures de l'opération a été de
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54,6 % et, pendant les 8 dernières heures, de 45,5 % seulement.Ceci montre clairement l'avantage que l'en a à utiliser le procédé suivant l'invention.
REVENDICATIONS
1) Procédé de vaporisation de l'aoide adipique, oaraotérisé en ce qu'on chauffe l'acide adipique à une température et pendant un temps d'exposition à cette température tels qu'il ne se produise pas de décomposition appréciable de l'acide.
2) Procédé suivant la revendioation 1, caractérisé en ce qu'on amène l'acide adipique en contact avec un agent de transmission de chaleur maintenu à une température supérieure à celle du point d'ébullition de l'acide, le contact étant assez long pour avoir une vaporisation complète,mais assez court pour ne pas avoir de décomposition, appréoiable .