DE1034187B - Verfahren zur Konzentrierung waessriger Loesungen von asymmetrischem Dimethylhydrazin - Google Patents

Verfahren zur Konzentrierung waessriger Loesungen von asymmetrischem Dimethylhydrazin

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DE1034187B
DE1034187B DEO5244A DEO0005244A DE1034187B DE 1034187 B DE1034187 B DE 1034187B DE O5244 A DEO5244 A DE O5244A DE O0005244 A DEO0005244 A DE O0005244A DE 1034187 B DE1034187 B DE 1034187B
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dimethylhydrazine
sodium hydroxide
hydrazine
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Bernard Henry Nicolaisen
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C241/00Preparation of compounds containing chains of nitrogen atoms singly-bound to each other, e.g. hydrazines, triazanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C243/00Compounds containing chains of nitrogen atoms singly-bound to each other, e.g. hydrazines, triazanes
    • C07C243/10Hydrazines

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Description

  • Verf ahren zur Konzentrierung wäßriger Lösungen von asymmetrischem Dimethylhydrazin Die Erfindung bezieht sich auf die Konzentrierung wäßriger Lösungen von asymmetrischen Dimethylhydrazin und/oder zur Gewinnung von asymmetrischem Dimethylhydrazin aus dessen wäßrigen Lösungen durch Destillation.
  • Hydrazin und asymmetrisches Dimethylhydrazül können nach Modifikation des Raschig-Verfahrens hergestellt werden. Bei der Herstellung von Hydrazin nach dem Raschig-Verfahren wird verdünntes, wäßriges Chloramin, NH2C1, das durch Umsetzung von wäßrigem Ammoniak mit verdünntem Natriumhypochlorit entsteht, mit einem Überschuß an Ammoniak unter Bildung von Hydrazin behandelt. Nach der Entfernung des überschüssigen Ammoniaks erhält man das Hydrazin zunächst als verdünnte, wäßrige Lösung mit etwa 1 bis 3 Gewichtsprozent Hydrazin. Eine dem Hydrazinhydrat ähnliche Zusammensetzung kann durch Fraktionierung der wäßrigen Hydrazinlösung erhalten werden, da Wasser bei gleichen Temperaturen einen höheren Dampfdruck als das Hydrazinhydrat besitzt. Es ist jedoch nicht möglich, stärker konzentrierte Hydrazinlösungen durch einfache Destillation zu erhalten, da die konstant siedende, dem Hydrazinhydrat ähnliche Zusammensetzung überdestilliert, ohne sich in der Zusammensetzung zu ändern. Zur Gewinnung von wasserfreiem Hydrazin aus Hydrazinhydrat hat man bereits die extrahierende Destillation mit Natriumhydroxyd, Anilin oder anderen dritten Komponenten sowie chemische Dehydratisierungsverfahren angewandt.
  • Asymmetrisches Dimethylhydrazin kann man in ähnlicher Weise herstellen, indem man verdünnte Chloraminlösungen, die aus Ammoniak und verdünntem Natriumhypochlorit erhalten werden, mit Dimethylamin umsetzt. Dimethylhydrazin kann auch auf andere Weise erhalten werden; die Wirtschaftlichkeit der Reaktionsteilnehmer im Raschig-Verfahren macht dieses Verfahren jedoch besonders rentabel. Das asymm. Dimethylhydrazin wird, wie das Hydrazin, zunächst als verdünnte, wäßrige Lösung erhalten, die etwa 1 bis 3, gewöhnlich 2,5 Gewichtsprozent asymm. Dimethylhydrazin enthält. Diese verdünnten Dimethylhydrazinlösungen weichen in ihrem Verhalten bei der Destillation unter atmosphärischem Druck stark von verdünntem, wäßrigem Hydrazin ab. Im Hydrazin-Wasser-System ist das Wasser flüchtiger als das Hydrazinhydrat und kann am Kopf einer Kolonne entfernt werden, während man das Hydrat als Bodenprodukt erhält. Im Dimethylhydrazin-Wasser-System wird jedoch kein Hydrat gebildet, und das asymm. Dimethylhydrazin ist flüchtiger als Wasser. Die Entfernung des asymm. Dimethylhydrazins am Kopf der Kolonne unter Zurücklassung des Wassers als Bodenprodukt ist theoretisch daher wohl möglich. Wegen der eigenartigen Form der Dampf-Gleichgewichts-Kurve im Dimethylhydrazin-Wasser-System ist dies praktisch jedoch nicht durchführbar. Bei niedrigen Konzentrationen an asymm, Dimethylhydrazin sind die mit der Flüssigkeit bei atmosphärischem Druck im Gleichgewicht befindlichen Dämpfe nur etwas reicher an asymm. Dimethylhydrazin, und zur Trennung ist eine unwirtschaftlich große Zahl von Böden erforderlich.
  • Das unterschiedliche Verhalten von Hydrazin und asymmetrischem Dimethylhydrazin bei der Destillation ihrer wäßrigen Lösungen geht ferner aus der Zeichnung hervor. Fig. 1 zeigt ungefähr das Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht wäßriger Hydrazinlösungen und erläutert das Verhalten wäßriger Hydrazinlösungen bei der Destillation. Im Teil ACH der Kurve werden Lösungen, die mehr Wasser enthalten, als dem Hydrazinmonohydrat entspricht, im Gleichgewicht mit ihren Dämpfen bei ihren Siedepunkten gezeigt. Diese Lösungen befinden sich so mit Dämpfen im Gleichgewicht, die mehr Wasser enthalten als die Flüssigkeit, und die Differenz in der Zusammensetzung ist groß genug, daß die Abtrennung von reinem Wasserdampf am Kopf einer Fraktioniersäule mit einer praktisch geeigneten Zahl von Böden möglich ist, Wenn die Zusammensetzung des Hydrazinmonoliydrats erreicht wird, nähert sich die Zusammensetzung der Dämpfe der Zusammensetzung der Flüssigkeit, und bei der azeotropen Zusammensetzung sind sie gleich. Die Kurve HDB in Fig. 1 zeigt, daß wäßrige Hydrazinlösungen, die reicher an Hydrazin sind als das Hydrazinmonohydrat, sich mit Dämpfen im Gleichgewicht befinden, die mehr Hydrazin enthalten als das Monohydrat. Diese Dämpfe können unter Verwendung einer Kolonne mit einer praktisch geeigneten Zahl von Böden an deren Kopf als wasserfreies Hydrazin entfernt werden.
  • Das eigenartig abweichende Verhalten wäßriger Lösungen von asymmetrischem Dimethylhydrazin bei der Destillation unter atmosphärischem Druck wird an Hand der Kurve A'CB' in Fig. 2 erläutert. In diesem System treten bei atmosphärischem Druck keine konstant siedenden Azeotrope auf, und alle Lösungen, die die beiden Bestandteile in beliebigen Mengenverhältnissen enthalten, befinden sich mit Dämpfen im Gleichgewicht, die reicher an asymm. Dimethylhydrazin sind als die Flüssigkeit. Das asymm. Diinethylhydrazin könnte daher theoretisch am Kopf einer Kolonne abdestilliert werden. Im Bereich der in den Kurven von Fig. 2 gezeigten hohen Dimethylhydrazinkonzentration ist die genaue relative Lage der Kurven nicht ganz sicher. Der sehr flache Teil der Kurve A'CB, der die Linie A'-B' im Bereiche niedriger Diinethylhydrazinkonzentrationen tangential berührt, zeigt, daß die Dämpfe nur sehr wenig reicher an asymm, Dimethylhydrazirl sind als die Flüssigkeit, mit der sie sich im Gleichgewicht befinden. Aus diesem Grunde ist eine sehr große Zahl von Böden zum Abtrennen von wasserfreiem asymm. Dimethylhydrazin erforderlich, wenn man von den stark verdünnten, wäßrigen Lösungen ausgeht, wie sie bei der Dimethylhydrazinsynthese erhalten werden.
  • Man kann die direkte Fraktionierung der beim modifizierten Raschig-Verfahren zur Herstellung von asymmetrischein Dimethylhydrazin anfallenden Syntheseflüssigkeit theoretisch für die Gewinnung des asymm. Dimethylhydrazins anwenden. Die Anwesenheit von Natriumchlorid in der Syntheseflüssigkeit begünstigt die Abtrennung des asymm. Dimethylhydrazins und vermindert, verglichen mit der Gewinnung von wasserfreiem asymm. Dimethylhydrazin aus einer natriumchloridfreien, wäßrigen Dimethylhydrazinlösung der gleichen Konzentration, die zur Gewinnung aus der Syntheseflüssigkeit erforderliche Anzahl von Böden. Eine typische Zusammensetzung einer solchen Syntheseflüssigkeit ist z. B. folgendem 3 Gewichtsprozent asymm. Dirnethylhydrazin, 87 Gewichtsprozent Wasser und 10 Gewichtsprozent Natriumchlorid. Dies entspricht etwa 1 Molprozent asymm. Dimethylhydrazin, 95,6 Molprozent Wasser und 3,4 Molprozent Natriunichlorid. Die direkte Fraktionierung dieses Materials bei atmosphärischem Druck zur Erzielung einer 900/,igen Ausbeute von 95 Molprozent asynim. Diinethylhydrazin erfordert, wenn eine solche Lösung dem sechsten Boden von unten einer Destillationskolonne zugeführt wird, einundzwanzig theoretische Böden und ein Rücklaufverhältnis von 241 : 1. Dies ist praktisch nicht durchführbar. Zwar wird das Verfahren durch Zugabe weiterer Mengen Natriumehlorid verbessert; jedoch führt die Zugabe einer ausreichend großen Menge Natriumchlorid, um die Abtrennung von konzentriertem asymm. Dimethylhydrazin praktisch durchführbar zu machen, zur Verwendung derart konzentrierter Salzlösungen, daß Kristallisationsschwierigkeiten auftreten.
  • Es wurde nun gefunden, daß die Zugabe von Natriumhydroxyd zu Lösungen von asymmetrischem Dimethylhydrazin und Wasser oder zu der nach dem modifizierten Raschig-Verfahren erhaltenen Syntheseflüssigkeit diese Schwierigkeit beseitigt und die Verwendung großer Mengen Natriumhydroxyd (auf molarer Basis) ohne Kristallisationsschwierigkeiten ermöglicht. Ferner wurde experimentell gefunden, daß Natriumhydroxyd bei der Verbesserung der Abtrennung von asymm. Dimethylhydrazin aus dessen wäßrigen Lösungen, bei gleichen Gewichtsmengen, etwa zweimal so wirksam ist wie Natriumelilorid.
  • Wirksame Natriumhydroxydmengen liegen zwischen 1 und 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die Beschickung. Vorzugsweise gibt man das Natriumhydroxyd jedoch so zu der Beschickung, daß im Gleichgewicht eine Konzentration von 5 bis 15 "/, am Beschickungsboden aufrechterhalten wird. Das Natriumhydroxyd kann, da es leicht löslich ist, in fester Form zugegeben werden; man kann aber auch eine stärker konzentrierte Lösung als erzielt werden soll zugeben. So kann z. B. eine 30-, SO- oder 700/,ige wäßrige Natriumhydroxydlösung verz3 wendet werden.
  • Die Kurve A'D'B' in Fig. 2 gibt die Zusammensetzung von Dämpfen wieder, die sich mit flüssigen Lösungen von asymmetrischem Dimethylhydrazin und Wasser, die etwa 100/0 Natriumhydroxyd enthalten, im Gleichgewicht befinden. Die Form dieser Kurve zeigt den großen Vorteil der durch Destillation in Gegenwart von Natriumhydroxyd gegenüber der Destillation ohne Natriumhydroxyd erzielt wird. So sind die Dämpfe, die sich mit der Natriumhydroxyd enthaltenden Flüssigkeit bei beliebiger Temperatur im Gleichgewicht befinden, viel reicher an asymm. Dimethylhydrazin als die Dämpfe, die sich mit der von Natriumhydroxyd freien Flüssigkeit im Gleichgewicht befinden, und die Zahl der zur Gewinnung von wasserfreiem asymm. Dimethylhydrazin in einer Kolonne erforderlichen Böden ist viel geringer. Die Destillation kann bei atmosphä, rischen oder überatmosphärischen oder bei etwas reduzierten Drucken durchgeführt werden.
  • Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der salzfreies, verdünntes, wäßriges asymm. Dimethylhydrazin, das durch Verdampfen einer nach dem modifizierten Raschig-Verfahren erhaltenen Syntheseflüssigkeit als Kopfstrom gewonnen wurde, durch Leitung 11 eingeführt und mit durch Leitung 12 zugeführter konzentrierter Natriumhydroxydlösung vermischt wird. Die vereinigte Beschickung wird in den durch den Aufkocher 14 erhitzten Fraktionierturm 13 geleitet. Der aus verdünnter wäßriger Natriumhydroxydlösung bestehende Bodenstrom wird durch die Leitung 15 entfernt und dem Chlorierungsverfahren zur Herstellung von Natriumhypochloritlösung, die bei der Synthese verwendet wird, zugeführt. Das wasserfreie asymm. Dimethylhydrazin wird am Kopf durch Leitung 16 entfernt und durch den Kondensator 17 geführt. Ein Teil des Kondensats wird über die Leitung 18 als Rückfluß in die Kolonne zurückgeführt, während der durch die Leitung 19 entfernte Rest das wasserfreie asymm. Dimethylhydrazinprodukt darstellt. Wenn natriumchloridhaltige Syntheseflüssigkeit in den Fraktionierturm geleitet wird, wird das Natriumchlorid dadurch aus dem System entfernt, daß man es aus dem gewonnenen Natriumhydroxyd kristallisiert, bevor dieses in der Chlorierungsstufe verwendet wird.
  • In den folgenden Beispielen, in denen die Erfindung erläutert wird, ist der Natriumchloridgehalt einbezogen. Es wurde dabei als der halben Menge Natriumhydroxyd äquivalent erachtet.
  • Beispiel 1 Die Zugabe von 5,80 kg festem Natriumhydroxyd zu 45,35 kg Syntheseflüssigkeit, die, bezogen auf das Gewicht, 3,0 0/() asymm. Dimethylhydrazin, 87 "/, Wasser und 10 0/, Natriumchlorid enthielt, ergab ein Beschickungsmaterial mit einer Konzentration von 3,17 Molprozent Natriumchlorid, 0,93 Molprozent asymm. Dimethylhydrazin, 89,94 Molprozent Wasser und 5,96 Molprozent Natriumhydroxyd. Bei Zuführung zum dritten Boden einer Destillationskolonne, die bei atmosphärischem Druck betrieben wurde, wurden in einer Ausbeute von 90 Of, 95 Molprozent asymm. Dimethylhydrazin als Kopfprodukt erhalten, wobei bei einem Rücklaufverhältnis von 75: 1 insgesamt elf theoretische Böden angewendet wurden. Die wirksame Natriumhydroxydkonzentration einschließlich des am Beschickungsboden im Gleichgewicht vorhandenen Natriumchlorids beträgt etwa 10 Gewichtsprozent. Beispiel 2 6,80 kg festes Natriumhydroxyd wurden zur HersteUung einer Beschickung je 45,35 kg der gleichen Syntheseflüssigkeit wie im Beispiel 1 zugesetzt, die 3,13 Molprozent Natriumchlorid, 0,92 TKolprozent asynim. Dimethylhydrazin, 88,95 Molprozent Wasser und 7,0 Molprozent Natriumhydroxyd enthielt. Diese Beschickung wurde dem zweiten Boden von unten einer Kolonne mit neun theoretischen Böden zugeführt und ergab unter Einbeziehung der Hälfte des Natriumchlorids eine wirksame Natriumhydroxydkonzentration von 15 Gewichtsprozent im Gleichgewicht. Bei einem Rücklaufverhältnis von 22: 1 wurden 95 Molprozent asymm. Dimethylhydrazin als Kopfprodukt in einer Ausbeute von 90 abgezogen.
  • Beispiel 3 Wenn man 14,3 kg festes Natriumhydroxyd zu 45,35 kg der gleichen Syntheseflüssigkeit wie im Beispiel 1 zusetzt, so erhält man am Beschickungsboden, nämlich dem zweiten Boden von unten einer Kolonne mit acht theoretischen Böden, eine wirksame Natriumhydroxydkonzentration von 25 Gewichtsprozent. Die Beschickung enthält 2,91 Molprozent Natriumehlorid, 0,86 Molprozent asymm. Dimethylhydrazin, 82,8 Molprozent Wasser und 13,43 Molprozent Natriumhydroxyd. Unter Anwendung eines Rücklaufverhältnisses von 16: 1 wurden 95 Molprozent asymm. Dimethylhydrazin als Kopfprodukt in einer Ausbeute von 90 % abgezogen.
  • Beispiel 4 Die Zugabe von 45,35 kg einer 300/,igen Natriumhydroxydlösung zu 45,35 kg der gleichen Syntheseflüssigkeit wie im Beispiel 1 ergibt eine Beschickung mit 1,75 Molprozent Natriumchlorid, 0,52 Molprozent asymm. Dimethylhydrazin, 7,73 Molprozent Natriumhydroxyd und 90 Molprozent Wasser. Wenn diese Beschickung dem zweituntersten Boden einer Kolonne mit elf theoretischen Böden zugeführt wird, hat diese :am Beschickungsboden einen Natriumhydroxydgehalt von 15 Gewichtsprozent im Gleichgewicht. Bei einem Rücklaufverhältnis von 45: 1 werden 95 Molprozent asymm. Dimethylhydrazin in 900/,iger Ausbeute als Kopfprodukt abgezogen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Konzentrierung wäßriger Lösungen von asymmetrischem Dimethylhydrazin und/oder zur Gewinnung von asymmetrischem Dimethylhydrazin aus derartigen wäßrigen Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung von asymmetrischem Dimethylhydrazin in Gegenwart von 1 bis 30 Gewichtsprozent Natriumhydroxyd, bezogen auf die wäßrige Lösung, destilliert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Menge von 5 bis 15 Gewichtsprozent Natriumhydroxyd verwendet. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung von asymmetrischem Dimethylhydrazin verwendet, die 1 bis 3 Gewichtsprozent asymmetrisches Dimethylhydrazin enthält. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung von asymmetrischem Dimethylhydrazin verwendet, die Natriumchlorid enthält.
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