Procédé de fabrication de la mélamine. La présente invention se rapporte à un perfectionnement aux procédés connus de préparation de la mélamine par chauffage, en présence d'ammoniaque, d'une substance propre à engendrer de la mélamine dans ces conditions, par exemple la dicyanamide, l'urée, la cyanamide, etc.
Le brevet américain No 164705 de Fisch, du 4 juillet 1939, indique que, dans ces pro cédés classiques de préparation de la mél- amine, on éprouve souvent des difficulté, con sidérables provenant de l'accumulation de dépôts durs de mélamine cristallisée dans les tuyaux et vannes au cours de l'extraction de celle-ci sous forme de suspension liquide de cristaux.
Bien qu'on sache que la mélamine se décompose à des températures voisines ou supérieures à son point de fusion, c'est-à-dire environ 350 C, on propose cependant dans ce brevet de produire la mélamine à. l'état fondu et de l'extraire de l'appareil de réaction par une vanne, à l'état liquide, à une tempéra ture supérieure à son point de fusion. On évite la décomposition de la mélamine en maintenant la mélamine fondue sous une atmosphère d'ammoniaque. Dans ces conditions la mélamine fondue peut être manipulée sans décomposition sérieuse.
Bien que le procédé décrit et revendiqué par Fisch représente un progrès notable dans le métier, on a découvert que les inconvénients surmontés par ce procédé peuvent être sur montés également par un procédé tout à fait différent, qui évite de ce fait certaines des difficultés rencontrées par le procédé de Fisch.
D'après le procédé selon la présente inven tion, on opère dans des conditions de tempé rature et de pression telles que la mélamine formée passe à l'état de vapeur et ne subisse, dans cet état, aucune décomposition notable, et on extrait la mélamine formée de l'appa reil de réaction, à l'état de vapeur également.
On a découvert. que dans ces conditions de température et de pression et de préférence en maintenant également entre certaines limites les proportions relatives de mélamine et d'ammoniaque, il est possible de faire pas ser pratiquement la totalité de la mélamine formée dans l'appareil de réaction en phase vapeur, d'enlever la mélamine sous cette forme sans difficulté et de l'obtenir à un degré de pureté exceptionnellement élevé.
Obtenir la mélamine à l'état de vapeurs et l'enlever sous cette forme de l'appareil de réaction présente nombre d'importants avan tages par rapport aux procédés dans lesquels la mélamine est extraite à l'état liquide et par rapport. aux procédés dans lesquels la mél- amine est. éliminée en phase solide ou en sus pension dans un liquide ou à l'état dissous dans un solvant.
On a découvert par exemple que, dans les conditions particulières à la présente inven tion, la vapeur de mélamine est plus stable que la. mélamine fondue, et a une tempéra- ture comparativement plus élevée. La décom position des vapeurs de mélamine en mélam, mélem et autres produits de décomposition de la mélamine est beaucoup moins importante que dans le cas où la mélamine est produite et manipulée à l'état fondu.
Il en résulte qu'on obtient un produit plus pur et des ren dements phis élevés qu'il n'avait été jusqu'ici possible d'obtenir. Un autre avantage est que ce produit plus pur peut être utilisé directe ment dans la fabrication des résines et autres produits chimiques, sans purification inter médiaire.
Un avantage également important du pro cédé selon la présente invention sur les autres procédés produisant la mélamine sous forme liquide est la plus grande facilité de l'opé ration. En opérant conformément à l'inven tion on n'extrait pratiquement de l'appareil de réaction que des vapeurs. Il y a donc moins de danger d'obstruction des orifices de sortie.
I1_ y a aussi moins de fluctuations de pression dans l'appareil de réaction, et moins de chan ces de formation de gouttes adhérentes de mélamine fondue qu'au cours de la décharge à l'air libre au-dessus de 350 C, et moins de tendance à la décomposition avec formation de produits indésirables. Les gouttes dures de mélamine impure doivent être séparées de la mélamine pure par tamisage ou d'autre manière, si l'on désire obtenir un produit pur.
Dans le présent procédé, les vapeurs extraites peuvent être condensées à l'état -de poudre fine prête à l'emploi. L'invention permet en outre d'opérer sous une pression de réaction relativement basse, particulièrement dans sa forme de réalisation préférée, ce qui permet de construire l'appareil de réaction d'une manière plus économique et d'opérer avec moins de danger.
Un autre avantage supplémentaire de la présente invention est qu'elle permet de n'em ployer que des quantités d'ammoniaque rela tivement petites, ,d.e telle sorte que la récupéra tion de ce produit et sa remise en circuit favorisent une exécution simple et économique du procédé. Pour la description plus détaillée de l'in vention, on se rapportera au dessin ci-joint qui montre, en élévation, avec des portions partiellement coupées, un appareil convenant à l'application du procédé selon l'invention.
L'appareil de réaction dans lequel la mél- amine est formée et convertie en vapeur est formé d'un tube 1 en acier inoxydable ou autre matière résistant à la corrosion et qui peut supporter la température et la pression utilisées dans le procédé. Ce tube est muni d'un dispositif de chauffage; par exemple une chemise 2 dans laquelle on peut introduire un fluide chauffé par le tuyau 3 et le soutirer par le tuyau 4.
Le processus opératoire comprend le pas sage de l'ammoniaque et d'une substance apte à former de la mélamine dans la zone chauffée du tube 1 dans des conditions telles que la mélamine se forme. Une des matières premières préférées est la dicyanamide en raison de la vitesse avec laquelle elle est transformée en mélamine dans les conditions où l'on opère.
L'urée, produit un peu meilleur marché, peut être employée à la place de la dicyanamide. Dans ce cas, la zone du tube chauffée doit être quelque peu plus longue en raison de ce que la transformation de l'urée en mélamine exige une plus longue durée.
On peut employer pour former de la mél- a.mine, comme il est connu, d'autres substances que la dicyanamide et l'urée, à savoir la cy an- amide, la guanylurée, la. cyanurée, le biuret, la guanidine, l'acide cyanurique, l'ammélide, l'amméline, le mélam, le mélem, le mélon, d'autres encore.
La grandeur du diamètre du tube de réac tion variera naturellement avec la nature de la substance engendrant la mélamine et la capacité demandée à l'installation. Quand on utilise des matières premières comme la di- cyanamide, qui sont transformées presque ins tantanément en mélamine à la température élevée utilisée dans le procédé, le tube peut être assez court, une longueur satisfaisante étant 75 cm. Le tube peut cependant être phis long, les vapeurs de mélamine étant tout à fait. stables dans les conditions opératoires.
Quand on emploie l'urée, la mélam et autres substances qui donnent plus lentement nais sance à la mélamine et à des températures plus élevées, le tube peut être plus long ou la vitesse de passage des matières dans ce tube moins grande. Quelques expériences simples indiqueront la longueur minimum du tube dans chacun des cas sans grande difficulté. Dans les conditions préférées, la majeure par tie de l'urée est transformée en mélamine en moins de cinq minutes.
Ainsi que le montre le dessin, le tube est disposé verticalement. Quand on utilise la di- cyanamide ou d'autres substances qui sont rapidement transformées en mélamine à la température du procédé, la disposition v er- ticale du tube a été trouvée préférable, en raison de ce qu'elle présente moins de risques d'obstruction par la mélamine solide qui peut se former au-dessous de 350 C, au moment où la dicy anamide par exemple est. introduite dans la zone chauffée.
Quand on emploie comme substance engendrant la mélamine de l'urée ou autres produits donnant plus lente ment naissance à la mélamine, à des tempé ratures plus élevées, le tube de réaction peut être disposé horizontalement ou incliné. Si on le désire, il peut être courbé de manière à. affecter la forme d'un (J.
Dans les conditions utilisées ici et. qui seront précisées dans la suite, la mélamine qui se trouve dans la zone chauffée du tube, qu'elle ait été formée dans cette zone même ou dans une zone antérieure, passe presque instantanément à l'état. de vapeur. La mél- amine, l'ammoniaque à l'état de vapeur et d'autres gaz inertes qui peuvent avoir été in troduits accidentellement ou délibérément dans le tube, sont extraits de l'appareil de réaction par L'orifice d'une valve 5. La valve particulière représentée comporte une tige de valve conique 6 qui s'ajuste dans un siège conique 7.
L'application d'une pression suffi sante dans l'appareil de réaction entraîne l'ou verture de la valve d'une manière suffisante pour permettre aux vapeurs de s'échapper de l'appareil de réaction tout en conservant dans celui-ci la pression nécessaire pour maintenir la mélamine indemne de toute décomposition. Le fonctionnement de 1a valve à la pression désirée peut. être déterminé par un ressort réglable 8. L'orifice de sortie 9 est de préfé- r enee conique, ainsi qu'il est représenté, bien que cela ne soit pas nécessaire. Les valves de ce type étant, bien connues dans le métier, une description complète n'en est pas nécessaire.
Il est. évident. que d'autres types de valves de décharge ou de buses d'étranglement peu vent être employées pour régler la pression dans la. zone de réaction et permettre en même temps la décharge continue des vapeurs de mélamine.
Les vapeurs sortant de la buse peuvent être envoyées dans un séparateur du type cyclone ou tout autre dispositif convenable de condensation de vapeurs et de récupéra tion de la mélamine. Le dispositif représenté est formé d'une chambre 7.0 relativement large dans laquelle les vapeurs peuvent être envoyées et la mélamine se condenser à l'état de solide finement divisé. De préférence le collecteur possède une partie inférieure coni que de telle manière que la mélamine en pou dre puisse être facilement enlevée par gravité par la. porte 11.
L'ammoniaque et. autres vapeurs non con densées qui peuvent être présentes dans le collecteur peuvent être séparées de la mél- amine par passage à travers un sac filtrant 12 à mailles suffisamment fines pour retenir la mélamine solide tout en permettant le passage des vapeurs non condensées. On utilise habi tuellement un dispositif vibratoire 13 en rela tion avec les sacs filtrants pour prévenir l'obstruction des pores. L'ammoniaque et autres gaz présents sont éliminés par le tuyau 1.-1 en vue de leur récupération et de leur emploi ou pour tout autre but désiré.
Gomme on l'a indiqué précédemment, il est nécessaire de maintenir des conditions de tem pérature et de pression dans la chambre de réaction propres à amener la transformation de la mélamine en vapeur et à la maintenir en cet état sans décomposition et formation de sous-produits indésirables. On a trouvé par exemple qu'aux températures supérieures à 350 C, il est avantageux d'opérer avec tune pression partielle d'ammoniaque . d'au moins 54,36 kg/cm@. Sous des pressions partielles d'ammoniaque inférieures et particulièrement aux températures élevées, il peut se produire une certaine décomposition de la mélamine.
Ainsi qu'il apparaîtra aux hommes du métier, certains gaz inertes tels que l'an hydride carbonique, l'azote, etc., peuvent être présents dans la chambre de réaction. En fait, quand on utilise l'urée comme matière génératrice de la mélamine, il se forme trois molécules d'anhydride carbonique pour six molécules d'urée utilisées dans le procédé. Ces gaz agissent purement comme diluants des autres vapeurs mais ne modifient pas essentiellement les conditions nécessaires à la conduite satisfaisante du procédé.
La pression totale du système qui comprend la pression d'ammoniaque et la pression de la vapeur de mélamine, qui est relativement faible, peut être augmentée au moyen d'un supplément d'ammoniaque ou d'autre gaz inerte jusqu'à toute limite pratique.
La température opératoire minimum dé pend dans une large mesure -de la pression totale régnant dans l'appareil de réaction et de la. proportion relative des vapeurs de mélamine par rapport aux autres vapeurs en présence.
Si, par exemple, les vapeurs totales dans le système comprennent environ 59-'/0 de vapeurs de mélamine en poids, la température opératoire minimum est d'environ 350 C pour une pression d'environ 54,36 kg/cm=. Si la pression totale du système augmente, il est nécessaire d'augmenter la température mini- miun opératoire pour maintenir la mélamine pratiquement complètement en phase vapeur. A des pressions de 145 kgJcm=,
la température mmimiun opératoire, pour une teneur des vapeurs en mélamine de 5 % - environ, est d'environ 380 C. A une pression opératoire de 217 kg/cm@, la température minimum opé ratoire est aux environs de 400 C. A une pression opératoire de 362 kg/cm@, la tempé rature minimum opératoire sera de l'ordre de 450 C.
Quand la concentration de la vapeur de mélamine augmente, il est. nécessaire d'utiliser des températures minimum opératoires phis élevées, et le minimum augmente également avec Lune augmentation de la pression totale.
Si l'on applique le procédé selon la présente invention dans des conditions comportant une concentration des vapeurs en mélamine d'en viron<B>10%</B> en poids, on préférera employer des températures supérieures à 400 C sous 54,36 kg/cm2, la température minimum aug mentant progressivement jusqu'à 500 C pour une pression de 362 kg/em2.
Quand on emploie des concentrations en core plus élevées dans le système, la tempé rature minimum augmente encore davantage, de telle sorte que quand les conditions sont telles que la concentration des vapeurs en mélamine représente environ 30 % en poids du total, la température minimLun opératoire est. d'environ 500 C pour une pression totale de 54,36 kg;\em@, la température minimum aug mentant progressivement jusqu'à 600 C en viron pour une pression de 124,5 kg/cm.
On préfère appliquer le procédé selon la présente invention dans des conditions telles que les vapeurs extraites de l'appareil de transformation contiennent environ de 10 à 30 % en poids de mélamine. On verra.
toute fois que dans les conditions préférées, la tem pérature minimum de la vapeur est de 400 C sous 54,36 kgfcm@ et augmente jusqu'à 500 C sous une pression de 362 kgJcm@. Il est natu rellement bien entendu qu'on peut utiliser des proportions plus élevées ou moins élevées de mélamine, avec des modifications corres pondantes dans les températures minimum opératoires.
La limite inférieure pratique de la quantité de mélamine dans le système paraît être de l'ordre de 2, ô en poids. Des concentrations inférieures de mélamine ren dent nécessaire de renvoyer dans le circuit de grands volumes d'ammoniaque.
Quand on utilise une très forte propor tion de mélamine dans le système réactionnel, par exemple 50 % environ de vapeurs de mél- amine, la température minimum.
opératoire soLis une pression de 54,36 kg/cm= est beau- coup plus élevée, environ 550 C, et augmente jusqu'à 600 C pour une pression d'environ 108,5 kg/em2. A des pressions opératoires totales plus élevées, par exemple à 124,5 <B>kg</B> lem2, la température à laquelle le procédé est mis en aeuvre est encore plus élevée, géné ralement au-dessus de 600 C.
Comme on l'a précédemment noté, un des avantages du procédé selon la présente inven tion est qu'il peut être exécuté à des pres sions relativement basses. Bien qu'on puisse employer des pressions aussi élevées que 362 kg/cm2, pourvu que la concentration des va peurs en mélamine soit faible et la tempéra ture élevée, on préfère opérer à des pressions comprises entre 54,5 et 124,5 kg/em2 à des températures supérieures à 400 C aux pres sions inférieures et en augmentant jusqu'à 500 C environ pour une pression de 124,5 kg/emz. Dans ces conditions la concentration de la vapeur de mélamine est d'au moins 10,
o' en poids des vapeurs totales présentes.
Pour réaliser la présente invention, on peut dissoudre ou mettre en suspension dans l'ammoniaque liquide une substance génératrice clé mélamine comme la dicyanamide. Cette solution qui peut être au-dessous de la tempé rature requise pour transformer la substance génératrice de mélamine en mélamine est alors soumise à une pression dans les limites ci- dessus établies dans la zone de réaction chauf fée de l'appareil de réaction.
La quantité de dicy anamide sera par exemple comprise entre 2 et 50 J en poids du poids total de la liqueur envoyée dans le tube de réaction. Quand on emploie l'urée, ce qui exige 6 molé cules d'urée pour former une molécule de mél- amine, 3 molécules d'anhydride carbonique et 6 molécules d'ammoniaque, la proportion rela tive de l'urée à l'ammoniaque peut être beau coup plus grande.
Au moment où la substance génératrice de mélamine entre dans la. zone de réaction chauffée, elle est presque immédiatement transformée en mélamine, particulièrement dans le cas de la dicy anamide. Les conditions dans l'appareil de réaction étant telles qu'elles ont été ci-dessus définies, la mélamine sera immédiatement transformée en phase vapeur avant qu'il ne se produise aucune importante décomposition. Les substances se trouvant en phase vapeur dans l'appareil de réaction peu vent alors être déchargées par une valve dans un dispositif collecteur approprié à la pres sion atmosphérique, ainsi que le montre la figure.
La détente des vapeurs dans la chambre collectrice à une pression fortement réduite étant adiabatique, il y a un effet de refroi dissement qui entraîne la condensation de la mélamine à une température inférieure à son point de fusion. En raison de la pression par tielle relativement faible de la mélamine à la pression atmosphérique, la vapeur est direc tement transformée en solide, sans passer par l'état liquide. Cette transformation directe de la mélamine de l'état de vapeur à l'état solide constitue un avantage important.
L'opé ration a pour résultat qu'on évite complète ment la décomposition de la mélamine pen dant son passage à l'état liquide et que le pro duit est obtenu sous forme d'une poudre fine prête pour un emploi immédiat sans broyage intermédiaire, tamisage ou purification.
II est bien entendu que diverses modifi cations peuvent être introduites dans les exemples particuliers décrits sans qu'on sorte pour autant du cadre et de l'esprit de la pré sente invention.
Method of manufacturing melamine. The present invention relates to an improvement to the known processes for preparing melamine by heating, in the presence of ammonia, of a substance capable of generating melamine under these conditions, for example dicyanamide, urea, cyanamide. , etc.
US Pat. No. 164,705 to Fisch, July 4, 1939, indicates that in these conventional melamine preparation processes considerable difficulty is often experienced due to the accumulation of hard deposits of crystallized melamine in the melamine. pipes and valves during the extraction thereof as a liquid suspension of crystals.
Although it is known that melamine decomposes at temperatures near or above its melting point, i.e. about 350 ° C., however, it is proposed in this patent to produce melamine at. the molten state and withdrawing it from the reaction apparatus by a valve, in the liquid state, at a temperature above its melting point. The decomposition of melamine is avoided by maintaining the molten melamine under an ammonia atmosphere. Under these conditions molten melamine can be handled without serious decomposition.
Although the process described and claimed by Fisch represents a notable advance in the art, it has been found that the drawbacks overcome by this process can be overcome also by an entirely different process, which thereby obviates some of the difficulties encountered by the Fisch method.
According to the process according to the present invention, one operates under conditions of temperature and pressure such that the melamine formed passes into the vapor state and does not undergo, in this state, any appreciable decomposition, and the mixture is extracted. melamine formed from the reaction apparatus, also in the vapor state.
We have discovered. that under these conditions of temperature and pressure and preferably also keeping within certain limits the relative proportions of melamine and ammonia, it is possible to make not substantially all of the melamine formed in the phase reaction apparatus steam, to remove melamine in this form without difficulty and to obtain it in an exceptionally high degree of purity.
Obtaining the melamine in the vapor state and removing it in that form from the reaction apparatus has a number of important advantages over the processes in which melamine is extracted in the liquid state and over it. to the processes in which melamine is. eliminated in the solid phase or in suspension in a liquid or in the dissolved state in a solvent.
It has been found, for example, that, under the conditions peculiar to the present invention, the melamine vapor is more stable than the. melamine melted, and has a comparatively higher temperature. The decomposition of melamine vapors into melam, melem and other melamine decomposition products is much less than in the case where melamine is produced and handled in the molten state.
As a result, a purer product is obtained and higher yields than hitherto possible. Another advantage is that this purer product can be used directly in the manufacture of resins and other chemicals, without intermediate purification.
An equally important advantage of the process according to the present invention over other processes producing melamine in liquid form is the greater ease of operation. By operating according to the invention, practically only vapors are extracted from the reaction apparatus. There is therefore less danger of obstructing the outlet openings.
There are also less pressure fluctuations in the reaction apparatus, and less chance of the formation of adherent drops of molten melamine than during air discharge above 350 C, and less. tendency to decomposition with the formation of undesirable products. The hard drops of impure melamine must be separated from the pure melamine by sieving or otherwise, if a pure product is desired.
In the present process, the extracted vapors can be condensed to a ready-to-use fine powder state. The invention further enables operation under a relatively low reaction pressure, particularly in its preferred embodiment, which enables the reaction apparatus to be constructed more economically and to operate with less danger.
Another additional advantage of the present invention is that it makes it possible to use only relatively small amounts of ammonia, so that the recovery of this product and its re-circuiting promote simple and economical execution. of the process. For a more detailed description of the invention, reference will be made to the accompanying drawing which shows, in elevation, with partially cut portions, an apparatus suitable for the application of the method according to the invention.
The reaction apparatus in which melamine is formed and converted to vapor is formed from a tube 1 of stainless steel or other corrosion resistant material which can withstand the temperature and pressure used in the process. This tube is provided with a heating device; for example a jacket 2 into which a heated fluid can be introduced through pipe 3 and withdrawn through pipe 4.
The operating process comprises the passage of ammonia and a substance capable of forming melamine in the heated area of tube 1 under conditions such that melamine is formed. One of the preferred raw materials is dicyanamide because of the speed with which it is converted into melamine under the operating conditions.
Urea, a somewhat cheaper product, can be used in place of dicyanamide. In this case, the heated tube area must be somewhat longer because the transformation of urea into melamine requires a longer time.
Substances other than dicyanamide and urea, namely cyanamide, guanylurea, 1a, can be used to form melamine, as is known. cyanurea, biuret, guanidine, cyanuric acid, ammelide, ammelin, melam, melem, melon, and more.
The size of the diameter of the reaction tube will naturally vary with the nature of the substance generating the melamine and the capacity required of the installation. When using raw materials such as di-cyanamide, which are converted almost instantaneously to melamine at the elevated temperature used in the process, the tube can be quite short, a satisfactory length being 75 cm. The tube can however be phis long, the melamine vapors being quite. stable under operating conditions.
When urea, melam and other substances are used which give rise to melamine more slowly and at higher temperatures, the tube may be longer or the rate of passage of material through this tube less. A few simple experiments will indicate the minimum length of the tube in each case without much difficulty. Under preferred conditions, most of the urea is converted to melamine in less than five minutes.
As shown in the drawing, the tube is arranged vertically. When using di-cyanamide or other substances which are rapidly converted to melamine at the process temperature, the vertical arrangement of the tube has been found preferable, due to the fact that it presents less risk of damage. obstruction by solid melamine which can form below 350 C, when dicy anamide for example is. introduced into the heated area.
When urea or other products giving rise to melamine more slowly, at higher temperatures, the reaction tube can be arranged horizontally or tilted as the melamine-generating substance. If desired, it can be bent so as to. affect the form of a (J.
Under the conditions used here and. which will be specified later, the melamine which is in the heated zone of the tube, whether it has been formed in this zone itself or in a previous zone, passes almost instantaneously to the state. of steam. Melamine, vaporized ammonia, and other inert gases which may have been accidentally or deliberately introduced into the tube are removed from the reaction apparatus through the orifice of a valve. The particular valve shown has a tapered valve stem 6 which fits into a tapered seat 7.
Applying sufficient pressure in the reaction apparatus will cause the valve to open sufficiently to allow vapors to escape from the reaction apparatus while retaining in the reaction apparatus. pressure necessary to keep melamine free from decomposition. Operation of the valve at the desired pressure can. be determined by an adjustable spring 8. The outlet 9 is preferably conical, as shown, although this is not necessary. Since valves of this type are well known in the art, a complete description is not necessary.
It is. obvious. that other types of relief valves or throttling nozzles can be used to regulate the pressure in the. reaction zone and at the same time allow the continuous discharge of the melamine vapors.
The vapors leaving the nozzle can be sent to a cyclone type separator or other suitable device for condensing the vapors and recovering the melamine. The device shown is formed of a relatively large chamber 7.0 into which the vapors can be sent and the melamine condenses to a finely divided solid state. Preferably the collector has a cone lower part so that the powdered melamine can be easily removed by gravity by the. gate 11.
Ammonia and. other uncondensed vapors which may be present in the manifold can be separated from the melamine by passage through a filter bag 12 of sufficiently fine mesh to retain solid melamine while still allowing the passage of uncondensed vapors. A vibratory device 13 is usually used in connection with the filter bags to prevent clogging of the pores. Ammonia and other gases present are removed through pipe 1.-1 for their recovery and use or for any other desired purpose.
As indicated above, it is necessary to maintain temperature and pressure conditions in the reaction chamber suitable for bringing about the transformation of the melamine into vapor and to maintaining it in this state without decomposition and the formation of sub-. unwanted products. It has been found, for example, that at temperatures above 350 ° C., it is advantageous to operate with partial pressure of ammonia. at least 54.36 kg / cm @. Under lower partial ammonia pressures and especially at high temperatures, some decomposition of the melamine may occur.
As will be apparent to those skilled in the art, certain inert gases such as carbon dioxide, nitrogen, etc., may be present in the reaction chamber. In fact, when urea is used as the melamine-generating material, three molecules of carbon dioxide are formed for every six molecules of urea used in the process. These gases act purely as diluents of the other vapors but do not essentially modify the conditions necessary for the satisfactory conduct of the process.
The total system pressure which includes the ammonia pressure and the melamine vapor pressure, which is relatively low, can be increased by supplementing ammonia or other inert gas to any practical limit. .
The minimum operating temperature depends to a large extent on the total pressure prevailing in the reaction apparatus and on the. relative proportion of the melamine vapors compared to the other vapors present.
If, for example, the total vapors in the system comprise about 59% melamine vapors by weight, the minimum operating temperature is about 350 ° C at a pressure of about 54.36 kg / cm =. If the total system pressure increases, it is necessary to increase the minimum operating temperature to maintain the melamine substantially completely in the vapor phase. At pressures of 145 kgJcm =,
the minimum operating temperature, for a melamine vapor content of approximately 5%, is around 380 C. At an operating pressure of 217 kg / cm @, the minimum operating temperature is around 400 C. At an operating pressure of 217 kg / cm @ operating pressure of 362 kg / cm @, the minimum operating temperature will be around 450 C.
When the concentration of melamine vapor increases, it is. It is necessary to use phis high minimum operating temperatures, and the minimum also increases with increasing total pressure.
If the process according to the present invention is applied under conditions comprising a concentration of the melamine vapors of about <B> 10% </B> by weight, it will be preferable to employ temperatures above 400 ° C. below 54.36. kg / cm2, the minimum temperature gradually increasing to 500 C for a pressure of 362 kg / em2.
When even higher concentrations are employed in the system, the minimum temperature increases even further, so that when conditions are such that the concentration of the melamine vapors is about 30% by weight of the total, the minimum operating temperature. is. of approximately 500 C for a total pressure of 54.36 kg; \ em @, the minimum temperature gradually increasing to approximately 600 C for a pressure of 124.5 kg / cm.
It is preferred to apply the process according to the present invention under conditions such that the vapors extracted from the processing apparatus contain about 10 to 30% by weight of melamine. We'll see.
however, under the preferred conditions, the minimum temperature of the vapor is 400 C at 54.36 kgfcm @ and increases to 500 C under a pressure of 362 kgJcm @. It is of course understood that higher or lower proportions of melamine can be used, with corresponding modifications in the minimum operating temperatures.
The practical lower limit for the amount of melamine in the system appears to be on the order of 2.0 by weight. Lower concentrations of melamine make it necessary to return large volumes of ammonia to the system.
When a very high proportion of melamine is used in the reaction system, for example about 50% melamine vapors, the minimum temperature.
operative SoLis a pressure of 54.36 kg / cm = is much higher, about 550 C, and increases up to 600 C for a pressure of about 108.5 kg / em2. At higher total operating pressures, for example 124.5 <B> kg </B> lem2, the temperature at which the process is carried out is even higher, generally above 600 C.
As noted above, one of the advantages of the method according to the present invention is that it can be carried out at relatively low pressures. Although pressures as high as 362 kg / cm2 can be employed, provided the melamine concentration of vapors is low and the temperature high, it is preferred to operate at pressures between 54.5 and 124.5 kg /. em2 at temperatures above 400 C at lower pressures and increasing to approximately 500 C for a pressure of 124.5 kg / emz. Under these conditions the concentration of the melamine vapor is at least 10,
o 'by weight of the total vapors present.
To carry out the present invention, a melamine-generating substance such as dicyanamide can be dissolved or suspended in liquid ammonia. This solution which may be below the temperature required to convert the melamine-generating substance to melamine is then subjected to a pressure within the limits set above in the heated reaction zone of the reaction apparatus.
The amount of dicy anamide will for example be between 2 and 50 J by weight of the total weight of the liquor sent into the reaction tube. When urea is used, which requires 6 molecules of urea to form one molecule of melamine, 3 molecules of carbon dioxide and 6 molecules of ammonia, the relative proportion of urea to ammonia can be much bigger.
The moment the melamine-generating substance enters the. heated reaction zone, it is almost immediately transformed into melamine, particularly in the case of dicy anamide. The conditions in the reaction apparatus being as defined above, the melamine will immediately be converted to the vapor phase before any significant decomposition occurs. Substances in the vapor phase in the reaction apparatus can then be discharged through a valve into a suitable collecting device at atmospheric pressure, as shown in the figure.
Since the expansion of the vapors in the collecting chamber at a greatly reduced pressure is adiabatic, there is a cooling effect which causes the melamine to condense at a temperature below its melting point. Due to the relatively low partial pressure of melamine at atmospheric pressure, the vapor is transformed directly into a solid, without passing through the liquid state. This direct transformation of melamine from the vapor state to the solid state is an important advantage.
The result of the operation is that the decomposition of the melamine during its passage into the liquid state is completely avoided and the product is obtained in the form of a fine powder ready for immediate use without intermediate grinding, sieving or purification.
It is understood that various modifications can be introduced into the particular examples described without thereby departing from the scope and the spirit of the present invention.