CZ328099A3 - Způsob čištění kaprolaktamu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu čištění vodné kaprolaktamové směsi, přičemž tento postup se provádí tak, že se nejprve provede extrakce kaprolaktamu s pomocí organického, s vodou nemísitelného kaprolaktamového rozpouštědla, která je uskutečněna v rámci benzenové extrakce a dále se provede uvolnění kaprolaktamu z tohoto organického rozpouštědla prostřednictvím vodné extrakce za tvorby vodného kaprolaktamového roztoku, která je uskutečněna v rámci zpětné extrakce.

Dosavadní stav techniky

Tento způsob je znám z patentu NL-A-77110150, který popisuje tak zvanou benzenovou extrakci kaprolaktamu z vody do benzenu a zpětnou extrakci z benzenu do vody. Nevýhoda tohoto způsobu ovšem spočívá ve skutečnosti, že pokud dojde k většímu zatížení kolon, například při zvýšení produkce kaprolaktamu, potom bude u použitých extrakčních kolon negativně ovlivněn výtěžek extrakce.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je tedy naleznout postup, v jehož rámci by tyto extrakční stupně mohly být více zatěžovány bez ztráty extrakčniho výtěžku.

Tento cíl je dosažen tím, že před benzenovou extrakcí a/nebo zpětnou extrakcí je uskutečněna přinejmenším jedna • · · · · · · · »· · 999 9 999 999

9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 oddělená předextrakce, kde před touto benzenovou extrakcí je při provádění této předextrakce použito organické rozpouštědlo nemísitelné s vodou, zatímco před touto zpětnou extrakcí je při provádění této předextrakce použita voda.

Postup v provedení podle vynálezu umožňuje zvýšení zátěže jakéhokoli extrakčního stupně o 20% s pomocí pouze jediného dodatečného teoretického patra kolony; tento postup navíc dokonce vede ke zvýšenému extrakčnímu výtěžku. Čištění kaprolaktamu s pomocí benzenové extrakce a zpětné extrakce často v rámci výroby kaprolaktamu přináší komplikace, neboř extrakční kolony nejsou schopny zpracovat zvýšené produkce kaprolaktamu. Tento problém může být nyní jednoduše řešen, a to dokonce bez nároku na instalaci dalšího zařízení, jako například dodatečných extrakčních kolon, tím, že se v rámci tohoto postupu uskuteční předextrakce. Nové extrakční kolony jsou navíc drahé a často je obtížně začlenit je do již existujícího zařízení.

Tato předextrakce může být například uskutečněna v kombinovaném míchacím a usazovacím zařízení. Tímto kombinovaným míchacím a usazovacím zařízením je zařízení, které obsahuje část, ve které je prováděno míchání a část, ve které je prováděno usazování. Kapaliny jsou míchány v této míchací části, přičemž je jim dodávána energie, například prostřednictvím míchadla. Tento krok vede ke tvorbě kapiček jedné kapaliny v kapalině druhé, tedy ke tvorbě disperze. Tato disperze následně zůstává v usazovací části po dostatečně dlouhou dobu, aby tyto kapičky splynuly, ve výhodném provedení s laminárním tokem.

Vhodná kombinovaná míchací a usazovací zařízení jsou zařízení skříňového typu, zařízení IMI, zařízení General • · · ·· · ··· • · · ·· ··

Mills nebo zařízení Kemira, která jsou popsána v publikaci Liquid-Liquid Extraction Equipment (Godfrey J. C., Slater M. J., Ed. Wiley, COP (1994), Ch. I, str. 294 - 297).

V provedení podle vynálezu je rovněž možné'umístit toto dodatečné zařízení na extrakční kolonu, kde toto dodatečné zařízení může být případně rozšířeno.

Směsi obsahující kaprolaktam mohou být například extrahovány s pomocí extrakčních kolon. Jako extrakční kolony jsou pro tento účel vhodné kolony opatřené rotujícími vnitřně instalovanými elementy, známé jako rotační diskové kolony (RDC) á elementy pro pulsování kapaliny. V provedení podle vynálezu mohou rovněž být použity pulsní kolony vybavené výplňovými tělesy, pulsní kolony opatřené síťovými patry, reaktory opatřené asymetrickými rotačními disky (ARD), Scheibelovy kolony a kolony typu Kuhni. Všeobecně potom pro realizaci postupu podle vynálezu bude stačit kolona obsahující od 3 do 25 teoretických pater, v závislosti na požadovaném stupni čištění. Je samozřejmě možné v případě potřeby počet pater zvýšit. Tento extrakční proces je ve výhodném provedení uskutečněn v protiproudem uspořádání, neboť extrakce bude v takovém případě realizována nejvýhodnějším, a tedy také nejekonomičtějším způsobem.

Kaprolaktam může být například připraven Beckmanovým přesmykem cyklohexanonoximu v přítomnosti kyseliny sírové. Beckmanův přesmyk může probíhat jak v plynné fázi, tak i v kapalné fázi. Následně po přesmyku provedeném v kapalné fázi je reakční směs obvykle neutralizována, například s pomocí amoniaku. Výsledkem tohoto postupu je separace fází. Jedna z těchto fází obsahuje v zásadě veškerý kaprolaktam a další

• · • · • · ·

• · · • · · · fáze obsahuje v zásadě veškerý vytvořený síran amonný.

V jednom z možných provedení podle vynálezu je tato kaprolaktam obsahující směs v rámci benzenové extrakce nejprve přivedena například do kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení, čímž je realizován předextrakční stupeň, do kterého je přidáno organické rozpouštědlo získané z extrakčního stupně, například z kolony. Následně jsou tyto dvě fáze po určitý časový úsek intenzivně promíchávány.

V souvislosti s touto dobou promíchávání je důležité, aby byl téměř dosažen stav fyzikální rovnováhy. Tato doba promíchávání se obvykle pohybuje v rozmezí od pěti minut do půl hodiny. Poté je tato směs přivedena do usazovací části, kde se takto získaná disperze může usazovat, což v důsledku vede k oddělené vodné fázi, které je podrobena další separaci, a oddělené organické fázi. Následně je tato oddělená vodná fáze přivedena do horní části benzenové extrakční kolony. V provedení podle vynálezu je rovněž možné přivádět část této disperze z kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení do horní části extrakční kolony a další část do této kolony přivádět v bodě ležícím například v jedné třetině výšky extrakční kolony. Extrakční médium je potom přiváděno do spodní části této extrakční kolony.

Není nezbytně nutné přivádět (celkové) množství extrakčního média do horní (nebo spodní) části kolony nebo kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení. Část nebo veškeré množství tohoto extrakčního média může být případně přivedeno do horní (nebo spodní) třetiny extrakční kolony a/nebo kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení.

V provedení podle vynálezu je rovněž možné uskutečnit • flfl • fl flfl • flflfl · • · · · · • fl flflfl flflfl fl · · • fl flfl několik benzenových extrakcí a/nebo zpětných extrakcí.

Tato předextrakce může být realizována před benzenovou extrakcí nebo před zpětnou extrakcí nebo před oběma extrakčními stupni. Ve výhodném provedení je tato předextrakce uskutečněna na koncentrované straně (stranách) benzenové extrakce a/nebo zpětné extrakce.

Tato předextrakce je ve výhodném provedení uskutečněna v kombinovaném míchacím a usazovacím zařízení. Je samozřejmě rovněž možné použít několik těchto kombinovaných míchacích a usazovacích zařízení.

Teplota, při které je tento předextrakční stupeň prováděn se při zařazení před první stupeň pohybuje v rozmezí od 20 °C do 80 “C. Při zařazení před druhý extrakční stupeň se teplota, při které je tento předextrakční stupeň prováděn pohybuje v rozmezí od 20 °C do 80 C.

V rámci benzenového extrakčního stupně mohou být použita také jiná extrakční média. Vhodnými extrakčními médii pro uskutečnění této benzenové extrakce jsou benzen, toluen, xylen, chloroform, chlorované uhlovodíky nebo vyšší alkoholy, to znamená jednosytné nebo vícesytné alkoholy obsahující od pěti do dvanácti uhlíkových atomů. Tato extrakční média mohou rovněž obsahovat kaprolaktam.

V případě zpětné extrakce je toto extrakční médium obvykle představováno vodou nebo roztokem kaprolaktamu ve vodě.

Toto extrakční médium je ve výhodném provedení • · • ·· »· ·· ·· • · · · · • · · · · »·· · ··· ··· • · · »· ·· ·· recyklováno a znovu využito. Toto opětné využití extrakčního média může případně následovat po vyčištění použitého média.

Popis přiložených obrázků

Postup podle vynálezu je schematicky ilustrován na přiloženém obr. 1, přičemž na obr. 2 je znázorněna kolona použitá v dále popsaném srovnávacím příkladu A a na obr. 3 je zařízení použité k provádění postupu podle dále uvedeného příkladu 1.

Na obr. 1 symboly A a B znázorňuj í extrakční kolony. Směs kaprolaktam/voda je přivedena do kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení 2 prostřednictvím potrubí 1.. Organické rozpouštědlo, jako například benzen nebo benzolaktam, je navíc přiváděno do kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení 2 prostřednictvím potrubí 4. Tento předextrahovaný vodný přívod obsahující kaprolaktam je veden do kolony A prostřednictvím potrubí 3. Organické rozpouštědlo je protiproudým způsobem přiváděno prostřednictvím potrubí 6 do kolony A k provedení extrakce kaprolaktamu z vodného roztoku. Vodný roztok, ze kterého byla větší část kaprolaktamu odstraněna je odváděn prostřednictvím potrubí 5. Organický kaprolaktamový roztok je vracen do kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení 2 prostřednictvím potrubí 4 a poté je přiveden do kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení 8 prostřednictvím potrubí 7. Prostřednictvím potrubí 9. je organický kaprolaktamový roztok přiváděn do extrakční kolony B, ve které probíhá zpětná extrakce kaprolaktamu s pomocí vody dodávané prostřednictvím potrubí 11. Rozpouštědlo, ze kterého byl téměř- veškerý kaprolaktam odstraněn je odváděno prostřednictvím potrubí TO, aby bylo opět využito jako *

• ·· ·· · 09 9 extrakční médium pro směs kaprolaktam/voda.

Roztok kaprolaktamu ve vodě získaný z kolony B je přiváděn do kombinovaného míchacího a usazovacího zařízení 8 prostřednictvím potrubí 12 a odsud odváděn prostřednictvím potrubí 13 k dalšímu zpracování.

Příklady provedení vynálezu

Postup podle vynálezu bude v dalším blíže popsán s pomocí konkrétních příkladů, které jsou pouze ilustrativní a neomezují nijak rozsah vynálezu.

Srovnávací příklad A

Vodná kaprolaktamová směs obsahující 71,9% hmotnostních kaprolaktamu byla extrahována s pomocí benzenu v tak zvané rotační diskové koloně (RDC), jejíž délka činila 4,5 metru a průměr 7,5 centimetru (viz obr. 2). Tyto disky rotovaly při rychlosti 400 otáček za minutu (rpm). Vodný kaprolaktam byl přiveden do horní části této kolony 7’ prostřednictvím přívodu 1.’ , při průtokové rychlosti 30 litrů/hodinu. Benzen byl přiveden do spodní části prostřednictvím přívodu 2’ při průtokové rychlosti 84 litrů/hodinu. Extrakční výtěžek byl optimalizován změnou množství dodané rotační energie. Odcházející vodná fáze prostřednictvím potrubí 3.’ obsahovala 0,4% hmotnostního kaprolaktamu, odcházející benzenová fáze prostřednictvím potrubí 4’ obsahovala 22% hmotnostních kaprolaktamu. Extrakční výtěžek, který byl vyjádřen jako množství kaprolaktamu ve fázi 3’ vztažené na množství kaprolaktamu v přívodu 1/, činil 99,5%.

·· ·· • · · · • · · · • · • · ··

Příklad 1

Srovnávací experiment A byl opakován, pouze s tím rozdílem, že v tomto případě bylo před kolonu umístěno kombinované míchací a usazovací zařízení (viz obr. 3) . Míchací zařízení 8’’ bylo představováno míchanou nádobou o výšce 15 centimetrů a průměru 30 centimetrů. Doba zdržení v tomto míchacím zařízení činila 5 minut. Usazovací zařízení 9/ ’ bylo představováno pravoúhlým kontejnerem, jehož rozměry činily 0,6 m x 0,3 m x 0,2 m. Doba zdržení v tomto usazovacím zařízení činila 10 minut. Rychlost rotace v rotační diskové koloně (RDC) činila 700 otáček za minutu. Průtokové rychlosti vodné kaprolaktamové směsi a benzenu byly zvýšeny o 25%. Průtoková rychlost přívodního proudu vedeného potrubím A’’ činila 37,5 litrů/hodinu, zatímco průtoková rychlost proudu 2’’ činila 105 litrů/hodinu. Odcházející vodná fáze 3’’ obsahovala pouze 0,2% hmotnostního kaprolaktamu, zatímco odcházející benzenová fáze 4’’ stále obsahovala 22% hmotnostních kaprolaktamu. Extrakční výtěžek činil 99,8%, zatímco kapacita extrakčních stupňů byla navíc zvýšena o 25%.

Srovnávací příklad B

Vodná kaprolaktamová směs obsahující 71% kaprolaktamu byla extrahována s pomocí toluenu v tak zvané pulsní náplňové koloně (PPC), jejíž délka činila 5 metrů a průměr 5 centimetrů. Vodná kaprolaktamová směs byla přiváděna do horní části této kolony 7’ prostřednictvím přívodu A’, při průtokové rychlosti 7,6 kilogramů/hodinu (viz obr. 2).

Toluen byl přiváděn do spodní části prostřednictvím potrubí 2’ při průtokové rychlosti 28 kilogramů/hodinu. Rychlost pulsování v této koloně se pohybovala v rozmezí od 0,005

• · · m/s do 0,02 m/s. Odcházející vodná fáze vedená potrubím 3.’ obsahovala 8% hmotnostních kaprolaktamu, odcházející toluenová fáze vedená potrubím 4’ obsahovala 17% hmotnostních kaprolaktamu. Extrakční výtěžek, který byl vyjádřen jako množství kaprolaktamu ve fázi v potrubí 3’ vztažené na množství kaprolaktamu v přívodním potrubí i’, činil 93%.

Příklad 2

Srovnávací experiment B byl opakován, pouze s tím rozdílem, že před kolonu bylo umístěno kombinované míchací a usazovací zařízení, jak bylo popsáno výše v příkladu 1, (viz obr. 3). Doba zdržení v tomto míchacím zařízení činila 6 minut. Doba zdržení v tomto usazovacím zařízení činila 10 minut. Průtokové rychlosti přívodního proudu v potrubí 1’’ a proudu v potrubí 2’’ byly zvýšeny o 20%. Průtoková rychlost přívodního proudu v potrubí i’’ činila 9,1 kilogramů/hodinu, zatímco průtoková rychlost proudu v potrubí 2’’ činila 34 kilogramů/hodinu. Odcházející vodná fáze v potrubí 3/ ’ obsahovala pouze 5% hmotnostních kaprolaktamu, zatímco odcházející toluenová fáze v potrubí 4’’ stále obsahovala 17% hmotnostních kaprolaktamu. Extrakční výtěžek činil 96%, zatímco kapacita extrakčních stupňů byla navíc zvýšena o 20%.

Srovnávací příklad C

Vodná kaprolaktamová směs obsahující 71% hmotnostních kaprolaktamu byla extrahována s pomocí benzenu v tak zvané pulsní náplňové koloně (PPC), jejíž délka činila 6 metrů a průměr 0,23 metru. Vodná kaprolaktamová směs byla přiváděna do horní části této kolony 7’ prostřednictvím přívodního potrubí 1’, při průtokové rychlosti 123

kilogramů/hodinu (viz obr. 2). Benzen byl přiváděn do spodní části prostřednictvím potrubí 2’ při průtokové rychlosti 243 kilogramů/hodinu. Rychlost pulsování v této koloně se pohybovala v rozmezí od 0,006 m/s do 0,0125 m/s.

Odcházející vodná fáze v potrubí 3’ obsahovala přibližně 1,5% hmotnostních kaprolaktamu, odcházející benzenová fáze v potrubí 4’ obsahovala přibližně 20% hmotnostních kaprolaktamu. Extrakční výtěžek, který byl vyjádřen jako množství kaprolaktamu ve fázi v potrubí 3.’ vztažené na množství kaprolaktamu v přívodním potrubí 1’, činil 99,4%,

Příklad 3

Srovnávací experiment C byl opakován, pouze s tím rozdílem, že před kolonu bylo umístěno kombinované míchací a usazovací zařízení, jak bylo popsáno výše v příkladu 1, (viz obr. 3). Doba zdržení v tomto míchacím zařízení činila 5 minut. Doba zdržení v tomto usazovacím zařízení činila 11 minut. Průtokové rychlosti přívodního proudu 1’’ a proudu 2’’ byly zvýšeny o 25%. Extrakční výtěžek činil 99,8%.

Srovnávací příklad D

Benzenová kaprolaktamová směs obsahující 20% hmotnostních kaprolaktamu byla podrobena zpětné extrakci s pomocí vody v tak zvané pulsní náplňové koloně (PPC), jejíž délka činila 8 metrů a průměr 0,10 metru. Voda byla přiváděna do svrchní části této kolony 7’ při průtokové rychlosti 50 kilogramů/hodinu (víz obr. 2). Benzenová kaprolaktamová směs přiváděná potrubím 2’ byla přiváděna do spodní části při průtokové rychlosti 103 kilogramů/hodinu.

• 4

Rychlost pulsování v této koloně činila 0,02 m/s.

Odcházející vodná fáze v potrubí 3’ obsahovala přibližně 28% hmotnostních kaprolaktamu, odcházející benzenová fáze odváděná potrubím 4’ obsahovala přibližně 0,05% hmotnostních kaprolaktamu. Extrakční výtěžek činil 99,0%.

Příklad 4

Srovnávací experiment D byl opakován, pouze s tím rozdílem, že kombinované míchací a usazovací zařízení, které bylo popsáno výše v příkladu 1, bylo umístěno do spodní části kolony. Doba zdržení v tomto míchacím zařízení činila 7 minut. Doba zdržení v tomto usazovacím zařízení činila 10 minut. Zatímco rychlost pulsování zůstávala nezměněna, průtokové rychlosti proudů v potrubí 1’’ a 2’’ byly zvýšeny na 60 kilogramů/hodinu v potrubí 1’’ a 124 kilogramů/hodinu v potrubí 2’’. Odcházející benzenová fáze obsahovala pouze 0,02% hmotnostního kaprolaktamu. Extrakční výtěžek činil 99,9%.

Claims (6)

1. Způsob čištění vodné kaprolaktamové směsi extrakcí kaprolaktamu s pomocí organického, s vodou nemísitelného kaprolaktamového rozpouštědla, která je uskutečněna v rámci benzenové extrakce a dále uvolněním kaprolaktamu z tohoto organického rozpouštědla prostřednictvím vodné extrakce za tvorby vodného kaprolaktamového roztoku, která je uskutečněna v rámci zpětné extrakce, vyznačující se tím, že před touto benzenovou extrakcí a/nebo touto zpětnou extrakcí je uskutečněna přinejmenším jedna oddělená předextrakce, přičemž při této předextrakci prováděné před benzenovou extrakcí je použito k extrakci organické rozpouštědlo nemísitelné s vodou, zatímco při předextrakci prováděné před touto zpětnou extrakcí je při extrakci použita voda.

2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že tato předextrakce je provedena na koncentrované straně nebo stranách benzenové extrakce a/nebo zpětné extrakce.

3. Způsob podle nároku 1 nebo nároku 2 vyznačující se tím, že tato předextrakce je uskutečněna v kombinovaném míchacím a usazovacím zařízení.

4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že předextrakce uskutečněná před benzenovou extrakcí je provedena při teplotě pohybující se v rozmezí od 20 °C do 80 °C.

5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že teplota předextrakce uskutečněné před

ΦΦ ΦΦ

Φ 9 9 Φ

Φ Φ Φ Φ φ «ΦΦ 999

9 9

ΦΦ Φ Φ ♦ Φ φφ •

• ΦΦ • φ φ • φ «ΦΦ 99 • « » Φ • ·

9 Φ

ΦΦ

Φ Φ

Φ Φ

ΦΦΦ

Φ «Φ zpětnou extrakcí se pohybuje v rozmezí od 10 °C do 60 °C.

6. Způsob provedený tak jak je popsáno v popisu a blíže objasněný s pomocí příkladů.