CS257204B1 - Způsob provádění Beckmannova přesmyku cyklohexanonoximu a zařízení k prováděnítohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu provádění Beckmannova přesmyku a zařízení k provádění tohoto způsobu. Zařízení je tvořeno reakční a dochlazovací smyčkou, přičemž v reakční smyčce je zařazen směšovač, trubkový reaktor, mezizásobník, cirkulační čerpadlo a výměník tepla a v dochlazovací smyčce je zařazen mezizásobník, cirkulační čerpadlo a výměník tepla. Průtok v reakční smyčce je v rozmezí 60 až 100 hmot. % průtoku vypočteného řešením adiabatického trubkového reaktoru a průtok v dochlazovací smyčce se liší nejvýše o 30 % hodnoty průtoku určeného kontrolním výpočtem zařazených výměníků.

Description

Vynález se týká způsobu provádění Beckmannova přesmyku cyklohexanonoximu v prostředí olea a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Aparáty pro přesmyk cyklohexanonoximu při výrobě kaprolaktamu jsou obvykle řešeny v cirkulační smyčce, která je tvořena

- směšovačem cirkulující kyseliny laktamsírové a nastřikovaného cyklohexanonoximu (obvykle typu ejektoru, hydrocyklonu apod).

- trubkovým reaktorem

- mezizásobníkem

- čerpadlem cirkulujícího média

- výměníkem tepla s chlazením filtrovanou vodou, oteplenou filtrovanou vodou, případně s cirkulačním chlazením

Nevýhodou těchto aparátů je nutnost provozovat je v úzkém rozmezí výkonů. Je známo, že se snižování výkonů klesá kapacita trubkového reaktoru. Vlivem snížení koncentrace oximu na vstupu do trubkového reaktoru, a tím snížení adiabatického vzrůstu teploty, který má rozhodující vliv na rychlost reakce, klesá sutpeň dosažené konverze na výstupu z trubkového reaktoru, což je nežádoucí jak z hlediska kvality produkovaného kaprolaktamu, tak i z hlediska bezpečnosti práce.

Naopak při zvyšování výkonu a překročení kapacity chlazení roste teplota podél celé cirkulační smyčky, což má za následek zvyšování obsahu vedlejších produktů. Mimoto klesá oteplení chladicí vody a neúměrně vzrůstá její spotřeba.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob provádění Beckmannova přesmyku cyklohexanonoximu v prostředí olea, kdy průtok v reakční smyčce je v rozmezí 60 až 100 % hm. průtoku vypočteného řešením adiabatického trubkového reaktoru při požadované konverzi cyklohexanonoxinu a průtok v dochlazovací smyčce se liší o 30 % hodnoty přůtoku určeného kontrolním výpočtem zařazených výměníků při splnění podmínek, a to jednak odvedení celkového tepla uvolněného reakcí, jednak dosaženi požadovaného oteplení chladicí vody. Způsob se provádí při teplotách 70 až 150 °C, aciditě 54 až 61 % hmot. (obsah I^SO^ a SOj jako H₂SO₄ v reakční směsi v %) v cirkulačním zařízení s trubkovým reaktorem, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno reakční a dochlazovací smyčkou, kdy v reakční smyčce jsou za sebou zařazeny směšovač, trubkový reaktor, mezizásohník, cirkulační čerpadlo a výměník tepla a v dochlazovací smyčce jsou za sebou zařazeny mezizásohník, cirkulační čerpadlo a výměník tepla, přičemž společný pro obě smyčky je mezizásohník nebo i čerpadlo nebo i výměník tepla.

Na přiložených obrázcích 1 a 2 je znázorněno řešení podle vynálezu, přičemž:

reakční smyčka

II dochlazovací smyčka směšovač trubkový reaktor mezizásohník _4 a, b cirkulační čerpadla a, b výměníky tepla

6^ a, b regulační ventily cirkulačních smyček

A potrubí pro nastřikovaný oxim

B potrubí pro nastřikované oleum

C potrubí pro produkte

D potrubí pro chladicí·vodu

E potrubí pro cirkulující reakční směs

Technický cyklohexanonoxim s obsahem vody 3,5 až 4,5 % hmot. a cyklohexanonu 0,4 až 0,8 % hmot. se nastřikuje potrubím A do směšovače 3^. Oleum s obsahem volného oxidu sírového 23 až 26 % hmot. se nastřikuje do cirkulací za mezizásohník 3, s výhodou do sání cirkulačního Čerpadla 4 a, b reakční smyčky potrubím B.

Produkt - kyselina laktamsírová - s koncentrací kaprolaktamu 39 až 56 % hmot., aciditou 54 až 61 % hmot. a obsahem volného oxidu sírového 3,0 až 6,0 % hmot. přepadá z mezizásotníku 2 potrubím C. Poměr nástřiku cyklohexanonoximu a olea je regulován dle požadované acidity produkované kyseliny laktamsírové. Při způsobu podlé vynálezu je průtok reakční směsi reakční smyčkou určen požadovaným stupněm konverze cyklohexanonoximu na výstupu z trubkokvého reaktoru 2_, průtok reakční směsi v dochlazovací smyčce je určen požadovaným oteplením chladicí vody. Je vhodné zařadit mezi cirkulační čerpadlo a směšovač v reakční smyčce a/nebo mezi cirkulační čerpadlo a mezizásobník v dochlazovací smyčce regulační orgán, jako je clona s pneumaticky nebo elektricky ovládaným regulačním ventilem 2 a, b.

Je vhodné průtok chladicí vody v potrubí D regulovat dle teploty v mezizásobníku 2· V případě použití dvou výměníků tepla 2 a, b je vhodné sériové zapojení výměníků na straně chladicí vody.

Výhodou zařízení .podle vynálezu je jeho značná variabilita z hlediska výkonu vlivem možnosti nezávislé regulace průtoků jak v reakční, tak i v dochlazovací smyčce. Při snižování výkonu aparátů je možné plynule snižovat cirkulaci v reakční smyčce, a tím zajistit optimální koncentraci cyklohexanonoximu v kyselině laktamsírové na vstupu do trubkového reaktoru nutno pro dosažení požadované konverze. Snižování cirkulace v reakční smyčce příznivě přispívá k růstu konverze i vlivem prodlužující se doby zdržení reakční směsi v trubkovém reaktoru. Naproti tomu při zvyšování výkonu je zvyšováním cirkulace v dochlazovací smyčce zajišťována optimální kapacita chlazení, což umožňuje udržovat požadované teploty v celém zařízení a potlačit tak tvorbu vedlejších produktů(a tím i ztrát kaprolaktamu) na co nejnižší míru. K tomu přistupuje i dosažení vyššího teplotního spádu na chladicí vodě a tím snížení její spotřeby, dále i možnost využití odvedeného tepla v provoze energetiky.

Přikladl

Bylo použito zařízení, které obsahovalo pouze reakční smyčku. Směšovač byl konstruován jako hydrocyklon, rozměry trubkového reaktoru býly: délka 1 = 5 m, průměr d = 0,263 m 3 2 a objem V = 0,270 m . Plocha výměníku tepla 150 m . Acidita reakční směsi (dáno poměrným množstvím nastřikovaného olea a cyklohexanonoximu) bylo 59 % hmot. Dosažené technologické parametry jsou uvedeny v tabulce II.

Příklad2

Zařízení uvedené v příkladu 1 bylo doplněno dochlazovací smyčkou (obr; 1) s výměníkem tepla o ploše 150 m . Acidita reakční směsi byla opět 59 % mot., dosažené technologické parametry jsou uvedeny v tabulce XI.

Příklad3

Na základě matematického modelování byly zjišťovány koncentrační profily cyklohexanonoximu v trubkovém reaktoru uvedeném v příkladu 1 při snižování cirkulace m_c v reakční smyčce.

Konstantní zůstaly parametry:

hm. nástřik cyklohexanonoximu F = 5,3 t/h acidita A = 58 % hmot.

teplota v reakční smyčce za chladičem 5a t = 80 C

V následující tabulce I jsou uvedeny výsledné hodnoty objemu reaktoru V_r vstupní koncentrace cyklohexanonoximu C , délky reaktoru l._r a reakční doby (ζ. nutné pro dosažení koncentrace oximu v reakční směsi na výstupu z trubkového reaktoru

C_r = Ο,βΐ kg/m³

Dále je zde uvedena teplota na konci trubkového reaktoru t_ra tepelný spád na trubkovém reaktoru Tt .

Tabulka I r

t/h kg/m³ m³ m

325	300	275	250	225	200
23,0	24,9	27,1	29,8	33,1	37,3
0,268	0,224	0,181	0,142	0,108	0,079
4,93	4,11	3,32	2,61	1,98	1,44
4,23	3,81	3,36	2,91	2,45	2,01
101,6	103,3	105,5	108,8	111,1	115,0
21,6	23,3	25,5	28,8	31,1	35,0

II

Jednotky

Příklad 1

Příklad 3 hmot., nástřik cyklohexynonoximu t/h hmot. průtok - reakční smyčka t/h hmot. průtok - dochlazovací smyčka t/h teplota kyseliny laktamsírové

- mezizásobník °C

- reakční smyčka (za 5a) °C

- dochlazovací smyčka (za 5b) °C

- na konci trubkového reaktoru °C

- adiabatický vzrůst teploty °C

4,7

330

114

114

5,3

330

180

105 teplota chladící vody

- vstup °C

- výstup °C

- oteplení chladící vody °C koncentrace oximu na konci trubkového reaktoru ztráty kg/m³ % 0,80

0,01

1,05

Claims (3)

1. Způsob provádění Beckmannova přesmyku cyklohexanonoximu v prostředí olea při teplotách 70 až 150 °C, aciditě 54 až 61 % hmot. vyznačený tím, že průtok v reakční smyčce je v rozmezí 60 až 100 % hmot. průtoku vypočteného řešením adiabatického trubkového reaktoru při požadované konverzi cyklohexanonoximu a že průtok v dochlazovací smyčce se liší nějvýše o 30 4 hodnoty průtoku určeného kontrolním výpočtem zařazených výměníků při splnění podmínek, a to jednak odvedení celkového tepla uvolněného reakcí, jednak dosažení požadovaného oteplení chladící vody.

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1 vyznačené tím, že je tvořeno reakční a dochlazovací smyčkou, přičemž v reakční smyčce jsou za sebou zařazeny směšovač, trubkový reaktor, mezizásobník, cirkulační čepadlo a výměník tepla a v dochlazovací smyčce jsou za sebou zařazeny mezizásobník, cirkulační čerpadlo a výměník tepla, přičemž společný pro obě smyčky je mezizásobník nebo i cirkulační čerpadlo nebo i výměník tepla.

3. Zařízení poble bodu 2 vyznačené tím, že mezi cirkulační čerpadlo a směšovač v reakční smyčce a/nebo cirkulační čerpadlo a mezizásobník v dochlazovací smyčce je zařazen regulační orgán, s výhodou clona s pneumaticky nebo elektricky ovládaným regulačním ventilem.

2 výkresy