CN1842519B - 通过在湍流条件下将环己酮肟混合到反应混合物制备己内酰胺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过利用混合设备将环己酮肟混合到包含己内酰胺和硫酸的反应混合物制备己内酰胺的方法，该混合设备包括：(i)管，反应混合物可以流动通过所述管；和(ii)围绕管布置的多个通道，所述通道开口到管中，其中所述方法包括：使反应混合物通过管，并且将环己酮肟通过通道中的一个或者多个供料到反应混合物，其中Re＞5000，Re为雷诺数，定义为ρ·V·D/η，其中ρ＝被供料到管的反应混合物的密度(单位kg/m3)，V＝反应混合物的速度，V被定义为W/A，其中W是被供料到管中的反应混合物的流率(单位m3/s)，A是管在通道开口到管的平面处的横截面积(单位m2)，D＝管在通道开口到管的平面处的直径(单位m)，η＝被供料到管中的反应混合物的粘度(单位Pa·s)。

Description

通过在湍流条件下将环己酮肟混合到反应混合物制备己内酰胺的方法
本发明涉及用于通过将环己酮肟混合到包含己内酰胺、硫酸和任选的游离SO3的反应混合物来制备己内酰胺的方法和装置。 
己内酰胺可以通过环己酮肟的Beckmann重排来制备。这样的Beckmann重排可以通过将环己酮肟混合到包含己内酰胺、硫酸和任选的游离SO3的反应混合物中来实现。在这样的方法中，硫酸和任选的游离SO3催化环己酮肟向己内酰胺的转化。 
US-A-3601318描述了混合条件对于获得所期望的纯度的己内酰胺的重要性。公开了一种包括工艺液体可以流动通过的管的混合设备，当沿流动方向来看时，所述管缩窄到一束流口(throat)，而在该束流口之外增宽。多个通道被围绕该管布置，并且开口到该管中，通过这些通道，供料液体可以被混合到工艺液体。据描述，该混合设备特别适合于其中多种液体必须在基本不出现任何湍流的情况下被充分和完全混合的情形。所描述的这样的情形之一是在硫酸或者磷酸或者多磷酸的存在下环状酮肟的Beckmann重排。 
我们发现使用如US-A-3601318所述的混合设备，即在层流的条件下制备己内酰胺导致较低的产率。 
本发明的目标是提高产率。 
根据本发明，通过提供一种用于通过利用一种混合设备将环己酮肟混合到包含己内酰胺和硫酸的反应混合物来制备己内酰胺的方法，实现了此目标，所述混合设备包括：(i)管，所述反应混合物可以流动通过所述管；和(ii)围绕所述管布置的多个通道，所述通道开口到所述管中，其中所述方法包括：使所述反应混合物通过所述管，并且将环己酮肟通过所述通道中的一个或者多个供料到所述反应混合物，其中Re＞5000，Re为雷诺数，定义为ρ·V·D/η，其中 
ρ＝被供料到所述管的所述反应混合物的密度(单位kg/m3)， 
V＝所述反应混合物的速度，V被定义为W/A，其中W是被供料到所述管中的所述反应混合物的流率(flow rate，单位m3/s)，A是所述管在所述通道开口到所述管的平面处的横截面积(单位m2)， 
D＝所述管在所述通道开口到所述管的平面处的直径(单位m)， 
η＝被供料到所述管中的所述反应混合物的粘度(单位Pa·s)。 
我们发现，当根据本发明应用增大的雷诺数时，产率增大。而且，获得了高纯度。 
此方法与US-A-3601318的区别在于US-A-3601318的主流是层流。对应于层流的雷诺数不高于2100。 
根据本发明，Re＞5000。应用增大的Re值，有利地获得了进一步增大的产率。优选地，Re＞10000，更优选地＞15000，更优选地＞20000，更优选地＞25000。由于实用的原因，Re一般＜100000。 
通过选择适当的ρ、V、D和η的组合，可以有利地获得根据本发明理想的Re值。 
根据本发明，反应混合物被通过管。可以使用任何合适的可供液体通过的管。优选地，管具有大致圆筒形的形状。优选地，当沿流动方向来看时，该管在第一部分缩窄到一束流口，并且任选地，在第二部分在束流口之外增宽。优选地，通道开口到管的第一部分、束流口或者第二部分中，最优选地，开口到束流口中。本文所使用的束流口是指管的第一部分之外的(沿流动方向来看)具有最小横截面积的部分。第一部分缩窄的角度(第一部分的壁和管的轴之间的角度)优选大于5°。第二部分增宽的角度优选大于5°(第二部分的壁和管的轴之间的角度)。 
根据本发明，通道围绕管布置。通道可以是任何合适的开口，环己酮肟通过所述开口可以被供料到反应混合物中。通道可以具有任何合适的直径。通道的直径优选为至少为2mm。这减小了通道堵塞的危险。围绕管布置的通道的数量可以变化，并且可以例如为2到32之间，优选地为4到24之间。优选地，混合设备包括供料室，所述供料室围绕管布置，来自所述供料室的通道开口到管中。供料室可以被连接到环己酮肟源，并且环己酮肟可以从供料室通过通道被供料到管中。 
根据本发明，环己酮肟被供料到包含己内酰胺、硫酸和任选的SO3的反应混合物中。结果，环己酮肟通过Beckmann重排被转化为己内酰胺。这样的转化被已知是几乎瞬时发生的。 
反应混合物包含己内酰胺、硫酸和任选的SO3。优选地，被定义为(nSO3+nH2SO4)/ncap的比值M处在1和2.2之间，更优选地在1.1和1.9之间，其中，nSO3＝反应混合物中SO3的量(单位mol)，nH2SO4＝反应混合物中H2SO4的量(单位mol)，ncap＝反应混合物中己内酰胺的量(单位mol)。反应混合物优选包含SO3，SO3的含量优选为至少1wt.％，更优选为至少2wt.％，更优选为至少4wt.％的SO3，更优选为至少6wt.％的SO3，更优选为至少8wt.％的SO3，更优选为至少10wt.％的SO3，更优选为至少12wt.％的SO3。由于实用的原因，反应混合物的SO3含量通常小于20wt.％，例如小于18wt.％，例如小于17wt.％。本文所使用的SO3的含量是指相对于反应混合物重量的SO3的重量。在一个优选实施方式中，M为1.0和1.4之间，优选为1.15和1.4之间，反应混合物的SO3含量为至少2wt.％的SO3，更优选为至少4wt.％的SO3，更优选为至少6wt.％的SO3，更优选为至少8wt.％的SO3，更优选为至少10wt.％的SO3，更优选为至少11wt.％的SO3。处在1.0和1.4之间优选处在1.15和1.4之间的M值，结合增大的SO3含量值具有这样的优点，即在随后的中和过程中形成相对较少量的硫酸铵，同时发现产率随增大SO3含量而增大。本文所用的反应混合物的M值和SO3浓度值和温度值具体是指在环己酮肟供料到反应混合物中之后所得到的反应混合物，特别是将离开混合设备的反应混合物的值。 
可以以任何合适的方法的得到M值和SO3含量值。在一个优选实施方式中，该方法是一连续的方法，包括保持反应混合物循环，将包含硫酸和SO3的混合物(例如发烟硫酸)，或者包含己内酰胺、硫酸和SO3的反应混合物供料到循环反应混合物中，并且取出循环反应混合物的一部分。可以选择供料到循环反应混合物中的包含硫酸和SO3的混合物的量、其SO3含量和环己酮肟的量，使得反应混合物的M和SO3含量具有优选的值。发烟硫酸可以具有任何合适的SO3浓度，例如18到35wt.％的SO3。 
反应混合物的温度可以具有任何合适的值。优选地，反应混合物的温度为50和130℃之间，优选为70和120℃之间。 
被供料到管中的反应混合物的流率和被供料到反应混合物中的环己酮肟的流率可以具有任何合适的值。优选地，比值w/W＜0.1，优选地w/W＜0.05，其中，w＝通过所述一个或者多个通道被供料到反应混合物中的环己酮肟的流率(单位m3/s)，W＝通过管的反应混合物的流率(单位m3/s)。使用低的比值w/W值被发现得到增高的产率和纯度。有利的是，w/W＜0.04，优选地w/W＜0.03。对于w/W没有特定的下限。实际中，w/W可以＞0.01。 
被供料到反应混合物中的环己酮肟的速度和反应混合物的速度可以具有任何合适的值。优选地，v/V在0.1和30之间，其中，v＝环己酮肟供料到反应混合物中的速度(单位m/s)，V＝在所述通道开口到管的平面处的反应混合物的速度，V定义为W/A，其中W为被供料到管中的反应混合物的流率(单位m3/s)，A为在所述通道开口到管中的平面处的管的横截面积(单位m2)。使用低的比值w/W值被发现得到增高的产率和纯度。比值v/V可以＜15，例如＜10，例如＜5，例如＜2，例如＜1.8，例如＜1.5。比值v/V可以＞0.2，例如＞0.5。 
可以以任何合适的方法选择优选的v/V值。在一个优选实施方式中，混合设备包括一个或者多个闭合件，一个或者多个通道可以由闭合件闭合。优选地，每一通道可以由闭合件闭合。作为闭合件，可以使用任何合适的闭合装置(例如塞子)，其中通道可以利用所述闭合装置闭合和打开。优选地，所使用的闭合件或者塞子具有形状上与通道相互补的尖端。优选地，所使用的闭合件或者塞子具有形状上与通道相互补的尖端。这是闭合通道的有效方法。 
在一个优选实施方式中，提供了循环系统，包括(i)混合设备；(ii)冷却器，用于冷却反应混合物；(iii)连接回路，通过所述连接回路，反应混合物可以从混合设备流到冷却器，并且从冷却器回到混合设备，并且提供了包括将反应混合物从混合设备循环到冷却器并且从冷却器回到混合设备的方法。可以以任何合适的方法保持反应混合物循环。优选 地，循环系统包括(iv)用于保持反应混合物循环的泵。优选地，当沿反应混合物的流动方向来看时，泵处在混合设备的下游和冷却器的上游。这样的布置被发现有利于获得高的雷诺数。 
在一个优选实施方式中，所述方法包括将离开管的反应混合物收集在收集容器中。在收集容器中，可以发生环己酮肟的附加转化，如果不是所有的环己酮肟已经被转化的话。优选地，提供被布置来接收离开管的反应混合物的收集容器；并且所述方法包括将离开管的反应混合物收集在收集容器中。优选地，循环系统包括收集容器，当沿反应混合物的流动方向来看时，所述收集容器优选地处在泵的上游。这被发现有利于获得高的雷诺数。 
在一个优选实施方式中，混合设备包括可调节闭合件，管在当沿反应混合物的流动方向来看时所述闭合件的下游的一点被引导穿过收集容器的壁。在此实施方式中，实现了收集容器的优点，同时仍然可以以简单的方式操作闭合件。因此，在另一个方面，本发明还提供了一种装置，所述装置包括：(a)混合设备，所述混合设备包括(i)管，其中第一液体可以流动通过所述管以及(ii)围绕所述管布置的多个通道，其中通过所述通道第二液体可以被添加到所述第一液体中，所述通道开口到所述管中，(iii)与通道中的一个或者多个相关的可调节闭合件；以及(b)收集容器，用于收集离开所述管的所述第一液体，所述收集容器具有壁，其中管在当沿反应混合物的流动方向来看时所述闭合件的下游的一点被引导穿过所述收集容器的壁。 
管可以包括当沿流动方向来看时在第二部分之外的第三部分，所述第三部分被连接到第二部分，所述方法包括离开管的第二部分的反应混合物通过管的第三部分。 
根据本发明的方法优选是连续的方法。 
在一个优选实施方式中，所述方法包括：a)将(i)发烟硫酸和(ii)环己酮肟供料到包含己内酰胺、硫酸和SO3的第一反应混合物中；以及b)将(iii)第一反应混合物的一部分和(iv)环己酮肟供料到包含己内酰胺、硫酸和SO3的第二反应混合物中，其中所述将所述环己酮肟供料到第 一反应混合物中的操作和所述将所述环己酮肟供料到第二反应混合物中的操作根据本发明的方法来进行。在更优选的实施方式中，所述方法还包括将(v)第二反应混合物的一部分和(vi)环己酮肟供料到包含己内酰胺、硫酸和SO3的第三反应混合物中，并且其中所述将所述环己酮肟供料到第三反应混合物中的操作根据本发明的方法来进行。 
优选地，第一反应混合物、第二反应混合物和/或所述第三反应混合物被保持循环。 
第一反应混合物、第二反应混合物和任选的第三反应混合物包含己内酰胺、硫酸和SO3。定义为(nSO3+nH2SO4)/ncap的摩尔比值M优选在各个反应混合物中不同，其中，nSO3＝反应混合物中SO3的量(单位mol)，nH2SO4＝反应混合物中H2SO4的量(单位mol)，ncap＝反应混合物中己内酰胺的量(单位mol)。在本文中使用的第一、第二和第三反应混合物中的摩尔比值M将分别被称为M(1)、M(2)和M(3)。本文中所使用的在第一、第二和第三反应混合物中的SO3浓度将分别被称为CSO3(1)、CSO3(2)和CSO3(3)。本文中所使用的SO3浓度将以相对于反应混合物的重量的wt.％给出。本文中所使用的在第一、第二和第三反应混合物中的温度将分别被称为T(1)、T(2)和T(3)。本文所用的M值，SO3浓度值和温度值具体是指在环己酮肟供料到反应混合物中之后所得到的反应混合物，特别是将离开混合设备的反应混合物中的值。 
通过将环己酮肟以合适的量供料到不同的阶段，并且通过施加合适量的具有合适SO3浓度的发烟硫酸，可以获得M和SO3浓度的优选值。 
优选地，M(2)低于M(1)。优选地，M(3)低于M(2)。 
在一个优选实施方式中，M(1)为1.2和2.2之间，优选为1.4和1.85之间，更优选为1.5和1.7之间。优选地，CSO3(1)为3和20wt.％之间，优选地高于4wt.％，优选高于6wt.％，更优选高于8wt.％，更优选高于10wt.％，更优选高于12wt.％。增大的CSO3(1)值的优点为CSO3(2)可以在第二反应混合物中保持为高，而不用必须将发烟硫酸供料到第二反应混合物。CSO3(1)可以小于18wt.％，优选小于17wt.％。优选地，T(1)为50和130℃之间，优选地为70和130℃之间，更优选地为70和120℃之间。 
在一个优选实施方式中，M(2)为1.0和1.6之间，优选高于1.1，更优选高于1.2，优选小于1.5，更优选小于1.4。优选地，CSO3(2)为0.5和20wt.％之间，更优选地高于1wt.％，更优选高于2wt.％，更优选高于4wt.％，更优选高于6wt.％，更优选高于8wt.％，更优选高于10wt.％，更优选高于12wt.％。令人惊讶地发现，在上述M(2)的范围中增大的CSO3(2)浓度导致明显更高的产率。优选地，T(2)为70和130℃之间，优选地为80和130℃之间，更优选地为80和120℃之间。 
在一个优选实施方式中，M(3)为1.0和1.4之间，优选为1.1和1.35之间，更优选为1.15和1.35之间。CSO3(3)为0.5和18wt.％之间，更优选地高于1wt.％，更优选高于2wt.％，更优选高于4wt.％，更优选高于6wt.％，更优选高于8wt.％，更优选高于10wt.％，更优选高于12wt.％。令人惊讶地发现，在上述M(3)的范围中增大的CSO3(3)浓度导致明显更高的产率。优选地，T(3)为70和130℃之间，优选地为80和130℃之间，更优选地为80和120℃之间。 
发烟硫酸可以以任何合适的方法被供料到反应混合物中。优选地，所有被施加的发烟硫酸被供料到第一反应混合物中。优选地，被供料到第一反应混合物的环己酮肟的量大于被供料到第二反应混合物的环己酮肟的量，并且如果适用的话，优选地，被供料到第二反应混合物的环己酮肟的量大于被供料到第三反应混合物的环己酮肟的量。优选地，被供料到第一和第二反应混合物以及如果适用的话第三反应混合物中的环己酮肟的总量中的60到95wt.％被供料到第一反应混合物中。优选地，被供料到第一和第二反应混合物以及如果适用的话第三反应混合物中的环己酮肟的总量中的5到40wt.％被供料到第二反应混合物中。如果适用的话，优选地，被供料到第一、第二和第三反应混合物中的环己酮肟的总量中的2到15wt.％被供料到第三反应混合物中。 
优选地，按体积计一份的环己酮肟被连续地引入到按体积计至少10份，更优选至少20份的反应混合物中。 
优选地，w1/W1＜0.01，优选地，w1/W1＜0.05。优选地，w2/W2＜0.01，优选地，w2/W2＜0.05。优选地，w3/W3＜0.01，优选地， w3/W3＜0.05，其中，w1，w2，w3分别表示被供料通过所述一个或者多个第一通道、第二通道和第三通道的环己酮肟的流率(单位m3/s)；并且W1，W2，W3分别表示通过所述第一管、第二管和第三管的反应混合物的流率(单位m3/s)。 
根据本发明的连续方法优选地包括将第一反应混合物的一部分供料到第二反应混合物中。根据本发明的连续方法优选地包括取出第二反应混合物的一部分。根据本发明的连续方法可以包括将第二反应混合物的一部分供料到第三反应混合物中。根据本发明的连续方法可以包括从第三反应混合物取出一部分。 
第二反应混合物和/或第三反应混合物的一部分可以以任何合适的方法取出。己内酰胺可以通过已知方法，例如通过利用氨中和并且纯化所得到的含有己内酰胺的水相，从第二或者第三反应混合物回收己内酰胺。 
根据本发明，环己酮肟被供料到反应混合物中。被供料到反应混合物中的环己酮肟可以包含水，例如小于7wt.％的水。优选地，被供料到反应混合物中的环己酮肟具有小于2wt.％的水含量，更优选地小于1wt.％，更优选地小于0.2wt.％，更优选地小于0.1wt.％。供料具有低水含量的环己酮肟是有利的，因为这是获得具有高SO3含量的反应混合物的有效方法。 
获得水含量小于2wt.％的环己酮肟的一个方法是例如使用惰性气体干燥具有高水含量的环己酮肟。获得水含量小于2wt.％的环己酮肟的一个优选方法是这样一种方法，其中通过如下操作获得环己酮肟： 
a)制备包含溶解在有机溶剂中的环己酮肟的有机介质，和 
b)通过蒸馏从所述有机介质分离环己酮肟。 
制备包含溶解在有机溶剂中的环己酮肟的有机介质的操作优选地通过如下步骤实现：在反应区中以逆流的方式将环己酮在有机溶剂中的溶液流与羟铵的磷酸盐缓冲的水溶液流接触，其中所述有机溶剂也是环己酮肟的溶剂；以及从反应区取出溶解在所述有机溶剂中的环己酮肟的有机介质。特别适用于制备环己酮肟的方法的有机溶剂是甲苯和苯。优选地，甲苯被用作有机溶剂。磷酸盐缓冲的水性反应介质优选地在羟铵合成区和环己酮肟合成区之间连续地循环。在羟铵合成区，通过硝酸根离子或者一氧化氮 与氢的催化反应，形成羟铵。在环己酮肟合成区，在羟铵合成区中形成的羟铵与环己酮反应，以形成环己酮肟。然后可以从被循环到羟铵合成区的水性反应介质中分离环己酮肟。从反应区取出包含溶解在有机溶剂中的所形成的环己酮肟的有机介质，并且将其蒸馏以回收水含量小于1wt％，甚至小于0.1wt％的环己酮肟。 
从所得到的反应混合物中回收己内酰胺可以通过已知的方法来完成。优选地，在Beckmann重排的最后阶段中得到的反应混合物利用氨水中和，并且由此形成的硫酸铵被从己内酰胺溶液中去除。己内酰胺溶液可以通过已知的工艺纯化。 
本发明还提供一种用于完成根据本发明的方法的装置，所述装置包括用于将环己酮肟混合到反应混合物的混合设备，所述混合设备包括(i)管，所述反应混合物可以流动通过所述管，和(ii)围绕所述管布置的多个通道，环己酮肟通过所述通道可以被供料到所述反应混合物中，所述通道开口到所述管中；冷却器，用于冷却反应混合物；泵；以及连接回路，通过所述连接回路，离开混合设备的反应混合物可以从混合设备流到泵，从泵流到冷却器(D)，并且从冷却器回到混合设备。已经发现，当泵处在混合设备的下游和冷却器的上游时，有利地获得根据本发明雷诺数。 
本发明还提供一种用于完成根据本发明的方法的装置，所述装置包括用于将环己酮肟混合到反应混合物的混合设备，所述混合设备包括(i)管，所述反应混合物可以流动通过所述管，和(ii)围绕所述管布置的多个通道，环己酮肟通过所述通道可以被供料到所述反应混合物中，所述通道开口到所述管中；收集容器；冷却器，用于冷却反应混合物；以及连接回路，通过所述连接回路，反应混合物可以从混合设备流到收集容器，从收集容器流到冷却器，并且从冷却器回到混合设备。已经发现，特别是当用于通过连接回路到冷却器的反应混合物的出口处在收集容器的下部，例如处在收集容器的高度的50％以下时，有利地获得根据本发明雷诺数。 
在一个优选实施方式中，混合设备优选包括一个或者多个闭合件，一个或者多个通道可以由闭合件闭合，并且管延伸穿过收集容器的壁，使得闭合件仍然在收集容器的外部。这便于闭合件的使用。 
优选地，当沿流动方向来看时，管在第一部分缩窄到束流口，并且任选地，管在第二部分中在束流口之外增宽。这也有利于获得根据本发明的高雷诺数。 
在另一个方面，本发明还提供了一种用于制备己内酰胺的装置，所述装置包括： 
a)第一循环系统，用于保持第一反应混合物循环，所述第一循环系统包括用于将环己酮肟混合到第一反应混合物的第一混合设备，所述第一混合设备包括： 
(a1)第一管，其中第一反应混合物可以流动通过所述第一管； 
(a2)围绕所述第一管布置的多个第一通道，其中通过所述第一通道环己酮肟可以被供料到所述第一反应混合物中，所述第一通道开口到所述第一管中；和 
(a3)一个或者多个第一闭合件，第一通道中的一个或者多个可用第一闭合件闭合；以及 
b)第二循环系统，用于保持第二反应混合物循环，所述第二循环系统包括用于将环己酮肟混合到第二反应混合物的第二混合设备，所述第二混合设备包括： 
(b1)第二管，其中第二反应混合物可以流动通过所述第二管； 
(b2)围绕所述第二管布置的多个第二通道，其中通过所述第二通道环己酮肟可以被供料到所述第二反应混合物中，所述第二通道开口到所述第二管中；和 
(b3)一个或者多个第二闭合件，第二通道中的一个或者多个可用第二闭合件闭合。 
此装置是用于允许在每一阶段选择混合条件的优选实施方式。 
在一个优选实施方式中，该装置还包括： 
c)第三循环系统，用于保持第三反应混合物循环，所述第三循环系统包括用于将环己酮肟混合到第三反应混合物的第三混合设备，所述第三混合设备包括： 
(c1)第三管，其中第三反应混合物可以流动通过所述第三管； 
(c2)围绕所述第三管布置的多个第三通道，其中通过所述第三通道环己酮肟可以被供料到所述第三反应混合物中，所述第三通道开口到所述第三管中；和 
(c3)一个或者多个第三闭合件，第三通道中的一个或者多个可用第三闭合件闭合。 
该装置的进一步优选的实施方式在整个说明书和权利要求书中有描述。 
在另一个方面，本发明还提供了一种用于制备己内酰胺的方法，所述方法包括： 
a)使第一反应混合物通过第一管，并且保持第一反应混合物循环，所述第一反应混合物包含己内酰胺、硫酸和SO3； 
b)将环己酮肟通过第一开口供料到第一反应混合物中； 
c)使第二反应混合物通过第二管，并且保持第二反应混合物循环，所述第二反应混合物包含己内酰胺、硫酸和游离SO3； 
d)将环己酮肟和第一反应混合物的一部分供料到第二反应混合物中，所述环己酮肟通过第二开口被供料到第二反应混合物中。 
优选地，该方法包括： 
e)使第三反应混合物通过第三管，并且保持第三反应混合物循环，所述第三反应混合物包含己内酰胺、硫酸和游离SO3。 
根据本发明的方法的进一步优选的实施方式在整个说明书和权利要求书中有描述。 
具体实施方式
图1示出了实现根据本发明的方法的优选实施方式。 
参考图1，反应混合物在包括混合设备A、收集容器B、泵C和冷却器D的循环系统中沿着箭头方向保持循环。混合设备A包括开口到收集容器B中的管。反应混合物经由管线1以及环己酮肟经由管线2被供料到混合设备A中。离开混合设备A的反应混合物被收集在收集容器B中。从收集容器B经由管线4取出反应混合物的一部分。从收集容器B经由管线 5取出反应混合物的另一部分，并且连同经由管线3供应的发烟硫酸(或者从另一循环系统取出的反应混合物)被供料到泵C。离开泵C的反应混合物经由管线6进入冷却器D，并且经由管线1被循环到混合设备A。 
图2示出了混合设备的一个优选实施方式。 
如图2所示，混合设备A包括圆筒形管101，所述管101在第一部分101a中缩窄到束流口101b(其具有用于计算雷诺数的直径D)，并且在束流口101b之外在第二部分101c中增宽。管的第二部分101c被连接到第三部分102。与供料室104连接的通道103开口到管101中。环己酮肟经由供料室104来供应，并且通过通道103供料到反应混合物中。混合设备包括闭合件105，利用闭合件105可以独立地打开和闭合通道103。 
管开口到收集容器B中，所述收集容器B具有壁110。混合设备还包括与管101的出口相对的折流板106。 
图3示出了用于在三阶段中重排的优选装置，包括第一循环系统、第二循环系统和第三循环系统。第一循环系统包括混合设备A1、收集容器B1、泵C1和冷却器D1，并且第一反应混合物经由管线1保持循环。第二循环系统包括混合设备A2、收集容器B2、泵C2和冷却器D2，并且第二反应混合物经由管线11保持循环。第三循环系统包括混合设备A3、收集容器B3、泵C3和冷却器D3，并且第三反应混合物经由管线21保持循环。环己酮肟和发烟硫酸分别经由管线2和管线3被供料到第一反应混合物中。第一反应混合物的一部分经由管线4被从收集容器B1取出，并且被供料到第二反应混合物中。环己酮肟经由管线12被供料到第二反应混合物中。第二反应混合物的一部分经由管线14被从收集容器B2取出，并且被供料到第三反应混合物中。环己酮肟经由管线22被供料到第三反应混合物中。第三反应混合物的一部分经由管线24被从收集容器B3取出。该工艺被连续地进行。 
下面的具体实施例将被认为是仅仅对本公开的其余部分的说明，而不是限制。 
对比实验和实施例
在对比实验和实施例中，己内酰胺的产率(每份量的被供料到反应混合物中的环己酮肟所形成的己内酰胺的量)确定如下。在出口111提取样品。将浓硫酸(20ml，96wt％)以及15g的K2SO4和0.7克的HgO添加到每一样品的第一部分(0.2克)。利用Kjeldahl法确定所得酸性混合物的氮含量，由此计算出样品的第一部分中的氮的摩尔浓度(TN)。每一样品的第二部分用氯仿萃取。该方法是基于己内酰胺进入氯仿相的事实。杂质保留在水相中。通过Kjeldahl法分析经萃取的水相的氮含量，由此计算出样品的第二部分中的氮的摩尔浓度(RN)。产率按如下计算： 
％产率＝(1-RN/TN)×100 
用作所得己内酰胺的质量指示的在290nm处的吸收率(E290nm)确定如下。 
离开出口111的反应混合物用氨中和，并且分离所得的含己内酰胺水相。利用1cm比色皿在290nm的波长处测量分离的含己内酰胺水相的吸收率(按70wt％的己内酰胺溶液计算)。 
对比实验A
使用在图1和2中描绘的装置。混合设备具有如下的尺寸：在缩窄之前的管101a的直径：2600mm，角度α：17°；束流口101b直径：100mm；角度β：11°。没有应用折流板106。循环反应混合物包含7wt％的SO3，M为1.6(在收集容器B中测量)。被供料到混合器的反应混合物的粘度为0.18Pa·s，密度为1400kg/m3。收集容器中的温度为115℃。离开冷却器并且被供料到混合器中的反应混合物中的温度为75℃。反应混合物的流率为每小时73m3，对应于2.5m/s的速度。在束流口中所得的雷诺数为2000。混合设备设置有12个通道(直径3mm)。环己酮肟通过3个通道(这些通道中的9个处在闭合位置)被供料。环己酮肟的流率为3吨/小时(ρ＝850kg/m3)。 
产率为95wt％。E290为6.3。 
实施例1
重复对比实验A，不同之处在于混合设备的束流口具有51mm的直径。混合器的其他尺寸，包括角度α：17°；角度β：11°保持相同。反应混合物的流率为每小时82m3，对应于11.4m/s的速度。离开冷却器并且被供料到混合器中的反应混合物中的温度为82℃(粘度0.12Pa·s)。雷诺数为6800。产率被确定为96.7％。E290为3.3。此实施例表明雷诺数从2000增大到6800导致产率的增大和纯度的提高。 
实施例2
重复实施例1，不同之处在于反应混合物的流率从83m3/s增大到300m3/s，并且环己酮肟通过8个通道(这些通道中的4个处在闭合位置)被供料，环己酮肟的流率为8吨/小时。调节冷却，使得收集容器中的温度保持在115℃。在束流口中反应混合物的合速度为41m/s，对应于29200的雷诺数。产率被确定为99.5％。E290为0.43。此实施例表明雷诺数从6800进一步增大到29200导致产率的增大和纯度的提高。 
表1给出了这些结果的概述。 
表1
 
  Re   V   v   v/V   产率   E290
 对比实验A   2000   2.5m/s   23m/s   9   95％   6.3
 实施例1   6800   11.4m/s   46.2m/s   4   96.7％   3.3
 实施例2   29200   41m/s   46.2m/s   1.1   99.5％   0.43

Claims (14)

1.一种通过利用混合设备将环己酮肟混合到包含己内酰胺和硫酸的反应混合物制备己内酰胺的方法，所述混合设备包括：(i)管，所述反应混合物能够流动通过所述管；和(ii)围绕所述管布置的多个通道，所述通道开口到所述管中，其中所述方法包括：使所述反应混合物通过所述管，并且将环己酮肟通过所述通道中的一个或者多个供料到所述反应混合物，其中Re＞5000，Re为雷诺数，定义为ρ·V·D/η，其中
ρ＝被供料到所述管的所述反应混合物的密度，单位为kg/m3，
V＝所述反应混合物的速度，V被定义为W/A，其中W是被供料到所述管中的所述反应混合物的流率，单位为m3/s，A是所述管在所述通道开口到所述管的平面处的横截面积，单位为m2，
D＝所述管在所述通道开口到所述管的平面处的直径，单位为m，
η＝被供料到所述管中的所述反应混合物的粘度，单位为Pa·s。
2.如权利要求1所述的方法，其中，Re＞10000。
3.如权利要求1所述的方法，其中比值w/W＜0.05，其中
w＝通过所述一个或者多个通道被供料到所述反应混合物中的环己酮肟的流率，单位为m3/s，和
W＝通过所述管的所述反应混合物的流率，单位为m3/s。
4.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中比值v/V在0.1和20之间，其中
v＝环己酮肟供料到所述反应混合物中的速度，单位为m/s，
V＝在所述通道开口到所述管的平面处的所述反应混合物的速度，V定义为W/A，其中W为被供料到所述管中的所述反应混合物的流率，单位为m3/s，A为在所述通道开口到所述管中的平面处的所述管的横截面积，单位为m2。
5.如权利要求4所述的方法，其中v/V在0.2和1.8之间。
6.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，所述混合设备包括一个或者多个闭合件，所述通道中的一个或者多个能够由闭合件闭合，并且其中所述方法包括通过调节由所述闭合件闭合的通道的数量来选择v/V。
7.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，当沿着流动方向来看时，所述管在第一部分中缩窄到一束流口，并且任选地，所述管在第二部分中在所述束流口之外增宽。
8.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，提供循环系统，所述循环系统包括(i)所述混合设备；(ii)冷却器，用于冷却所述反应混合物；(iii)连接回路，通过所述连接回路，所述反应混合物能够从所述混合设备流到所述冷却器，并且从所述冷却器回到所述混合设备；和(iv)泵，用于保持所述反应混合物循环，其中当沿着所述反应混合物的流动方向来看时，所述泵在所述混合设备的下游并且在所述冷却器的上游，并且其中所述方法包括将所述反应混合物从所述混合设备循环到所述冷却器并且从所述冷却器回到所述混合设备。
9.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括将离开所述管的所述反应混合物收集在收集容器中。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述混合设备包括可调节闭合件，并且其中所述管在当沿所述反应混合物的流动方向来看时所述闭合件的下游的一点被引导穿过所述收集容器的壁。
11.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，所述反应混合物包含SO3。
12.如权利要求11所述的方法，其中，定义为(nSO3+nH2SO4)/ncap的比值M处在1和2.2之间，其中
nSO3＝所述反应混合物中SO3的量，单位为mol，
nH2SO4＝所述反应混合物中H2SO4的量，单位为mol，
ncap＝所述反应混合物中己内酰胺的量，单位为mol。
13.如权利要求11所述的方法，其中，在所述反应混合物中SO3的含量为至少2wt％。
14.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，所述反应混合物的温度为50和130℃之间。
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