CS235528B2 - Způsob vypuzovánl organického rozpouštědla z extraktu získaného extrakcí kaprolaktamu - Google Patents

Abstract

Způsob vypuzovánl organického rozpouštědla s extraktu získaného extrakcí kaprolaktamu, který zahrnuje aseotropickou destilaci s vodou, spočívá podle vynálezu v tom, Se se nejprve část, s výhodou převažující části rospouStědla,odstraní destilací bez přídavku vody a azeotroplckou destilací ee odstraní aš zbytek rozpouštědla. Rozpouštědlo se před vrácením do extrakce promývá vodou, aby ae odstranily v něm obsažená nečistoty, zatímco koncentrovaný vodný roztok kaprolaktamu získaný známou metodou z vařáku ezěótropická kolony se podrobí dalSímu čištění.

Description

Předmětem vynálezu je způsob vypuzování rozpouštědla z extraktu při extrakci kaprolaktamu.

Neutralizaci surového produktu Beckraannova přesmyku cyklohexanonoximu v prostředí koncentrované kyseliny sírové pomocí vodného amoniaku se získají dvě vrstvy, které nejsou navzájem misitelné. Horní vrstva, označovaná jako laktamový olej, je vodný roztok obsahující asi 60 až 70 % kaprolaktamu, 1,0 až 1,5 % síranu amonného a 1,0 až 2,0 % organických nečistot. Dolní vrstva je takzvaný sulfátový louh, který tvoří vodný roztok obsahující asi 40 % síranu amonného a 0,8 až 1,0% kaprolaktamu.

Jak z laktamového oleje, tak ze sulfátového louhu se izoluje kaprolaktam extrakci selektivním organickým rozpouštědlem, například toluenem, trichlorethylenem, benzenem nebo azeotropickou směsí cyklohexanu s benzenem. Extrakcí rozpouštědly uvedenými výše se získá extrakt, který obsahuje asi 10 až 20 % kaprolaktamu a malá množství nečistot, jako síranu amonného, organických sloučenin a podobně.

Jednou ze známých a obecně použitelných metod vypuzování rozpouštědla je reextrakoe, při které se pomocí vody extrahuje kaprolaktam z organického rozpouštědla. Rozpouštědlo získané při reextrakci se podrobí jako rafinát regeneraci spočívající v jeho oddestilováni od vysokovroucích nečistot, které jsou v něm obsažené.

Asi 20 až 30% vodný roztok kaprolaktamu získaný jako produkt reextrakoe se potom odpaří asi na 90 % a nejčastěji na koncentrovanější roztok ve dvoustupňovém nebo třístupňovém destilačním systému a potom se podrobí dalším čisticím operacím, například vakuové destilaci a/nebo krystalizaci, čištění působením iontů, hydrogenaci, oxidaci a podobně. Druhá z nyní používaných metod vypuzování organického rozpouštědla z kaprolaktamového extraktu zahrnuje přímé vydestilování rozpouštědla z extraktu ve formě heteroazeotropu s vodou v jediném stupni vakuové kolony.

Přítomné řešení vynechává stupeň reextrakce kaprolaktamu z organického rozpouštědla do vody, takže z heteroazeotropické stripovaci kolony se jako vařákový produkt získává koncentrovaný vodrý roztok obsahující asi 93 % kaprolaktamu. Přitom se používá známé metody, která spočívá ve vypuzování těksvější složky z binární směsi (kaprolaktam - organické rozpouštědlo) přidáním azeotropického prostředku, v tomto případě vody, se kterým těkavější složka, tedy organické rozpouštědlo, tvoří heteroazeotrop o maximálním parciálním tlaku par obou složek a minimální teplot- varu. Podle známého stavu teohniky, použití heteroázeotropioké destilace pro vypuzení veškerého rozpouštědla z extraktu bylo nezbytné ze dvou příčin.

Předně destilace se provádí při nižší teplotě, což má zabránit přehřátí a degradaci přitom získávaného kaprolaktamu. Za druhé, určitý podíl tekavých nečistot obsažených v surovém kaprolaktamu se také vydestiluje s heteroazeotropem a odstraní se ze systému společně s vodnou vrstvou získávanou jako produkt rozvrstveni kondenzovaného heteroazeotropu. Potom organické rozpouštědlo tvořené organickou vrstvou získávanou jako produkt uvedeného rozvrstvení se v uspokojujícím stupni zbaví shora zmíněných tekavých nečistot a mohlo by se přímo vracet zpět recirkulací do extrakčního procesu.

Obě výše uvedené metody jsou charakteristické spotřebou topné páry a chladící vody a v případě prvé metody, také vysokými náklady, které nepříznivě působí na cenu produkovaného kaprolaktamu.

Druhá a uvedených metod je poněkud hospodárnější, avšak její výrobní náklady jsou zatíženy velkým množstvím páry potřebným pro heteroazeotropické oddestilováni veškerého rozpouštědla.

Bylo nalezeno, že nevýhodám popsaným výše a zvláště vysoké spotřebě energie se může vyhnout použitím metody podle tohoto vynálezu.

Řešení podle vynálezu spočívá ve vydestilování rozpouštědla z extraktu takovým způsobem, že se nejprve část, s výhodou větší část organického rozpouštědla vydestiluje bez přídavku vody a azeotropickou destilací se odstraní až zbytek rozpouštědla.

Bylo objeveno, že tato metoda je možná, pokud se pracuje ve dvou destilačních systémech.

V prvém systému se vydestiluje 40 až 90 % rozpouštědla ve stripovací koloně bez přidání vody jako azeotropického prostředku a v druhém systému (následující koloně) se vydestiluje pouze zbytek rozpouštědla ve formě heteroazeotropu s vodou.

Pro zahřívání extraktu a/nebo další odpařování rozpouštědla nebo heteroazeotropu se jako topného prostředí používá par rozpouštědla - destilátu z prvního destilačního systému. Rozpouštědlo se vydestiluje bez přidání vody za teploty vařákového produktu, která není vyšší než 125 °C, s výhodou při teplotě 100 až 120 °C. Doba setrvání extraktu v prvním destilačním systému by neměla týt delší než 20 minut, s výhodou 5 až 15 minut. Do heteroazeotropického destilačního Systému se do dolní části kolony zavádí ostrá pára v množství 1/10 až 1/3 celkového množství vyhřívací páry potřebné pro tuto kolonu. Destilát rozpouštědla z prvního systému, získaný bez spoluúčasti azeotropického prostředku, se po ochlazení regeneruje promýváním vodou v množství 2 až 10, s výhodou 4 až 7 dílů vody na 100 dílů rozpouštědla, potom se směs oddělí a vodná vrstva odstraní.. Jako voda pro promývání se může použít heteroazeotropický destilát.

Zdá se, že vydestilování rozpouštědla bez přidání vody za použití vyšších teplot vařákového produktu, řádově 100 až 120 °C, maximálně 125 °C, nezpůsobuje jakoukoli patrnou ztrátu kaprolaktamu, zvláště jestliže doba setrvání extraktu při uvedené operaci není delší než 20 minut, s výhodou 5 až ,5 minut, ale dokonce se zlepšuje jakost kaprolaktamu. Mělo by se očekávat, že tyto výsledky jsou způsobeny tím, že těžké (méně těkavé) organická sloučeniny, obsažené v kaprolaktamu jako nečistoty a neodstraněné během extrakce, za podmínek roztoku kaprolaktamu zůstávajícího za mírně zvýšené teploty, se převádí na sloučeniny složení umožňujícího jejich odstraňování při dalším postupu čištění kaprolaktamu a potom extrakci, například čištěním pomocí ionexů, vakuovou destilací a/nebo krystalizaci.

Použití heteroazeotropické destilace s vodou dokazuje, že je nutné jen v konečném stupni stripování rozpouštědla, když teplota varu smšsi by se prudce zvýšila za úbytku rozpouštědla. Jak je objasněno dále srovnáním kvalitativních ukazatelů, jako výsledek použití způsobu podle vynálezu se získá meziprodukt (to je surový kaprolaktam) o lepší viskozitě, což je anačně důležité pro jeho další zpracování.

V dále uvedené tabulce Metoda I unamené způsob zahrnující vodnou reextrakci, jak zde byla upřesněna výše. Metoda II označuje zmíněný způsob spočívající v heteroazeotropickém vydestilování veškerého rozpouštědla. Metoda III je způsob podle tohoto' vynálezu.

Tabulka

Průměrný kvalitativní	Metoda	Metoda	Metoda
ukazatel	I	II	III
Obsah kaprolaktamu, % hmotnostní	90,0	90,0	90,0
3% manganistanové číslo	15 až 30	20 až 25	20 až 30
Těkavá báze, mval/kg	2,5 až 3,0	2,0 až 10,0	1,5 až 7,0
Extinkce 50% roztoku, při 290 nm	1,0 až 2,5	1,7 až 3,0	1,5 až -2,0

Na základě porovnání změřených indexů lomu a extrakěnlch koeficientů, čistota takto, regenerovaného rozpouštědla - po oddělení dvoufázové směsi a odstranění vodné vrstvy - se neliší od čistoty rozpouštědla získaného ze druhého stupně, to je jako výsledek heteroazeotropické destilace.

Způsob podle vynálezu se může provádět několika různými variantami, které se navzájem liší především metodou a účinkem využití tepla. Nejjednoduší řešení spočívá v rozdělení operace vydestilování rozpouštědla do dvou stupňů. V prvním stupni se část rozpouštědla, s výhodou větší část rozpouštědla vydestiluje bez přidáni vody jako azeotropického prostředku, zatímco ve druhém stupni se provádí heteroazeotropická destilace. V obou systémech se může pracovat za stejného tlaku, například tlaku nižšího, než je atmosférický, nebo se v prvním systému může pracovat za vyššího tlaku, například tlaku atmosférického; a v druhém stupni za nižšího tlaku, jako například za vakua.

Zlepšení uvedených variant spočívá v provádění obou stupňů uvedeného způsobu za rozdílných tlaků, za použití páry z prvního systému (pracuje za-vyššího tlaku), jako topného prostředí v druhém systému, kde se pracuje za nižšího tlaku. Podstata použití páry jako topného prostředí se může také uskutečnit pouze v prvním systému, který je rozdělen do dvou kolon provozovaných v sérii, přičemž destilát z první kolony (pracující za vyššího tlaku) by sloužil jako topné prostředí kondenzované v odparce druhé kolony (provozované na nižšího tlaku). Potom druhý systém pracující heteroazeotropicky by pracoval nezávisle na prvním systému a bylo by možné použít stejné vakuové soustavy. Další zlepšení spočívá v provádění heteroazeotropická destilace ve druhém systému s' omezením přímé výměny tepla a v zavádění ostré péry o nízkém tlaku do dolní části heteroazeotropická kolony, co umožňuje další úspory energie. Bylo nalezeno, že je výhodné zavádět ve formě páry 1/10 až 1/3 celkového množství topné péry potřebné v uvedené koloně. Konečně, za účelem zvýšení dalších úspor energie je možné používat par destilátu ze zmíněné kolony (nebo je možné přebytek pak nekondenzovat've výparníku následující kolony, které jsou navzájem tepelně spojeny), pro počáteční zahřívání extraktové násady do kolony. Ze stejné příčiny se také může použít par produkovaných při možné expanzi vařákového produktu z kolony provozované za vyššího tlaku, před zavedením do další kolony, kde se pracuje za nižšího tlaku.

Předmět tohoto vynálezu je popsán v příkladech na základě schémat destilačního systému uvedeného na výkresech. Na obr. 1 je znázorněn dvoustupňový atmosféricko-vakuový systém popsaný v příkladě 1 uvedeném déle. Obr. 2 ukazuje systém dvoustupňových vakuových kolon, který je popsán v příkladě 2 uvedeném dále. Na obr. 3 je znázorněn trojstupňový atmosféricko-vakuový systém, který se popisuje dále v příkladě 3.

Přikladl

Laktamový extrakt opouští jednotku extrakce laktamového oleje při teplotě 35 až 40 °C v množství 47 000 kg.h“’ a obsahuje asi 14 % kaprolaktamu, 1 % vody a 85 % toluenu. Po počátečním zahřátí ve výměníku se extrakt zavede na hlavu stripovací kolony 2 udržované za atmosférického tlaku. Pomocí topné páry zaváděné do cirkulačního ojpařovaíe J se odpaří asi 70 % toluenu a veškerá voda obsažená v extraktu. Páry o teplotě asi 110 °C z hlavy stripovací kolony 2 v množství asi 27 000 kg.h“’ se zavádějí do pláště cirkulační odparky £ jako topné prostředí. Přebytek toluenových par z cirkulační odparky £ společně s přehřátými parami hete• _ roazeotropu v něm obsaženými se kondenzuje v ohřívači £ extraktu.

Vařákový produkt ze stripovací kolony 2, obsahující asi 35 % kaprolaktamu, se odvádí z vařáku kolony za teploty asi 120 °C a vede se do expandéru £ provozovaného řádově za 75 % vakua, kde se oddělí asi 3 840 kg.h“’ toluenu ve formě jeho par a teplota poklesne asi na 80 °C.

Kapalina a páry z expandéru £ se podrobí heteroazeotropické destilaci s vodou za řádově 75 % vakua v systému tvořeném destilačni kolonou 6, cirkulační odparkou £, kondenzátorem £, chladičem 8 inertních plynů, vývěvou 2, chladičem 10 destilátu a separátorem 11.

Toluen kondenzovaný v. cirkulační odparce £ a ohřívači £ extraktu obsahujícím určité množství těkavých nečistot se mísí ve směšovači 14 s heteroazeotropem z kondenzátořů £, co způsobí, že velká část zmíněných nečistot se dostává do vody a po projití chladičem £0 destilátu a separátorem 11 se odstraňuje ze systému.

Rozpouštědlo takto regenerované se vrací ze separátoru 14 pomocí čerpadla £2 do extrakce kaprolaktamu, a vodný roztok kaprolaktamu zahuštěný na asi 90 %, se odvádí přímo čerpadlem 13 k dalšímu čištění.

Příklad 2

Množství a chemické složení laktamového extraktu jsou stejné jako v příkladě 1.

Laktamový extrakt se vede předehřívačem a dávkuje do stripovací kolony 2, kde se pomocí topné páry zaváděné do cirkulačního odpařovače J odpaří asi 87 % toluenu a veškerá voda obsažené v extraktu. Jako topné prostředí v ohřívači £ extraktu se používá par ze stripovací kolony 2, které mají teplotu zhruba 77,5 °C. Zbývající páry z ohřívače £ extraktu se kondenzují v kondenzátořů 15 a podle potřeby v kondenzátořů £. Kondenzovaný toluen obsahující určité množství těkavých nečistot se smíchá ve směšovací koloně 6 s destilátem - heteroazeo tropem z kondenzátořů 8 a potom se ochladí v chladiči 10. Vařákový produkt se stripovací kolony 2, obsahující asi 55 % kaprolaktamu, vytéká působením gravitace do sací části nezistupňového čerpadla 15. kterým se dávkuje do systému heteroazeotropické destilace, prováděné v systému tvořeném destilačni kolonou 6, cirkulační odparkou £, kondenzátorem £, chladičem £_inertních plynů, vakuovým čerpadlem ££, chladičem 10 kondenzátu běžného typu a separátorem ££.

Systém dvou destilačních kolon (stripovací kolony 2 a destilačni kolony 6) je v provozu za vakua řádově 6 % dosahovaného vývěvou 2· Znečištěná voda ze separátoru 11 se odstraňuje ze systému a regenerované rozpouštědlo se vrací čerpadlem £2 do extrakce kaprolaktamu.

Jako vařákový produkt z destilačni kolony 6 se získává asi 90% vodný roztok kaprolaktamu, který se odvádí přímo čerpadlem 13 k dalšímu čištění.

Příklad 3

Na rozdíl od příkladu 2 sa laktamový extrakt, v množství a eložení zpřesněném v příkladě 1, podrobí předběžnému koncentrování v destilačním systému, který pracuje za atmosférického tlaku. Tento systém sestává z ohřívače g extraktu, stripovací kolony g, cirkulačního odpařovače g vyhřívaného parou a expandéru g.

DalSí koncentrování extraktu se provádí ve vakuovém destilačním systému, který tvoří vakuová stripovací kolona 6, cirkulační odparka g, chladič 17 a kondenzátor 15. Stripovací kolona 2 společně s vakuovou stripovací kolonoví 6 tvoří dvoustupňový destilační systém, protože páry ze stripovací kolony 2 slouží jako topné prostředí v cirkulační odparce g vakuové stripovací kolony 6.

Veškerý toluen zaváděný s laktamovým extraktem se odpaří asi z 80 až 87 % ve stripovací koloně 2 a vakuové stripovací koloně 6, vařákový produkt z vařáku vakuové stripovací kolony 6 obsahuje a3i 47 až 55 % kaprolaktamu. Tento produkt se dávkuje mezistupňovým čerpadlem 1 6 na hlavu kolony 18.

Zbývající toluen se shromažňuje ve formě heteroazeotropu s vodou z kolony 18. která je propojena a běžným vakuovým systémem vakuové stripovací kolony 6, obdobně jako v příkladě

2.

Přebytek par z cirkulační odparky g se kondenzuje a chladí v chladiči 17. Stejný chladič slouží pro chlazení kondenzovaného toluenu z cirkulační odparky g. Naproti tomu přebytek toluenových par z ohřívače g extraktu se kondenzuje v kondenzátoru gg. Systém pro heteroazeotropickou destilaci je tvořen kolonou 18. odpařovačem 19. kondenzátorem 2, chladičem 8 inertních plynů, vývěvou g a kondenzátorem 15 kondenzátu. Destilát získávaný z prvního systému (stripovací kolony g) se míchá ve směšovači 14 3 destilátem - heteroazeotropem, díky čemu nečistoty obsažené v toluenu přecházejí do vody a po oddělení v separátoru gg se odstraňují ze systému. Toluen získaný ze separátoru 11 se vrací čerpadlem 12 do extrakce kaprolaktamu.

Koncentrovaný vodný roztok z vařáku kolony 18. který obsahuje asi 90 % kaprolaktamu, se odvádí čerpadlem 13 k dalšímu čištění.

Claims (8)

1. Způsob vypuzování organického rozpouštědla z extraktu získaného extrakcí kaprolaktamu, který zahrnuje azeotropickou destilaci s vodou, vyznačující se tím, že se nejprve část, s výhodou převažující část rozpouštědla odstraní destilací bez přídavku vody a aeeotropickou destilací se odstraní až zbytek rozpouštědla.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že 3e rozpouštědlo vydestiluje ve dvou nebo třech stupních v oddělených destilačních systémech, přičemž v prvním jednostupňovém nebo dvoustupňovém systému se oddestiluje 40 až 90 S6 rozppuštědla obsaženého v extraktu bez přidání vody jako azeotropického prostředku a v druhém systému, nejčastěji jednostupňovém destilačním systému se zbytek rozpouštědla odežene s vodou ve formě azeotropu.

3. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že se rozpouštědlo vydestiluje bez přídavku vody za teploty vařákového produktu nepřevyšující 125 °C, s výhodou 100 až 120 °C.

4. Způsob podle bodu 3, vyznačující se tím, že doba setrvání extraktu v prvním destilačním systému není delší než 20 minut, s výhodou 5 až 15 minut.

5. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se do azeotropického destilačního systému zavádí do dolní části kolony ostrá pára v množství 1/10 až 1/3 celkového množství topné páry potřebné v této koloně.

6. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující sa tím, že se pro zahřívání extraktu a/nebo dalěí odpaření rozpouštědla nebo aaeotropu jako nepřímého topného media použije destilátu z prvního destilačního systému.

7. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se destilát rozpouštědla, získaný bez účasti vody jako azeotropického prostředku, po ochlazení regeneruje promýváním vodou v množství 2 až 10, s výhodou 4 až 7 dílů vody na 100 dílů rozpouštědla, potom se směs oddělí a vodná vrstva se odstraní.

8. Způsob podle bodu 7, vyznačující se tím, že se k promývání rozpouštědla - destilátu používá destilátu z azeotropu při důkladném promíchání obou proudů.

3 výkresy