DE2203945C3 - - Google Patents
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- caprolactam
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D201/00—Preparation, separation, purification or stabilisation of unsubstituted lactams
- C07D201/16—Separation or purification
Description
Eine große Zahl von Veröffentlichungen befaßt sich mit der Reinigung von Lactamen, da zur Herstellung
von Polyamiden, die man zum Beispiel zu Kunstfasern verarbeitet, Caprolactam von sehr hoher Reinheit
benötigt wird. Die bereits bekannten Reinigungsmethoden weisen jedoch erhebliche Mangel auf. Man hat
daher versucht, die Reinigungsmethoden zu verbessern, indem man die Lactamlösungen durch Ionenaustauscher
leitet, sie mit Adsorptionsmitteln, wie z. B. Aktivkohle oder Calciumsilikat, versetzte, oder sie einer
Hydrierung oder gar einer Oxidationsreaktion unterwarf. Als weitere Rcinigungsmethode wurde eine
Kristallisation vorgeschlagen, die in Wasser oder in aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen
vorgenommen wird.
Es fehlte bisher aber noch eine einfache wirtschaftliche Methode für die Reinigung von stark verunreinigtem
Caprolactam, in dem auch noch größere Mengen an Cyclohexanonoxim enthalten sein können.
Oximhaltiges Caprolactam fällt besonders bei der katalytischen Gasphasenumlagerung von Cyclohexanonoxim
an, da bei nachlassender Aktivität des Katalysators nicht umgesetztes Oxim den Reaktor
verläßt und sich mit dem entstandenen Caprolactam im Kondensator niederschlägt. Eine Abtrennung des
Oxims vom Lactam läßt sich besonders bei kleineren Oximgehalten von unter 1% mit den bekannten
physikalischen Trennmethoden nicht oder nur mit technisch nicht tragbarem Aufwand durchführen, da die
physikalischen Eigenschaften beider Substanzen sehr verwandt sind. Eine Abtrennung des Oxims ist aber
unbedingt nötig, um Störungen bei der Weiterverarbeitung des Lactams zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung war es nun, ein einfaches, wirtschaftliches Reinigungsverfahren zu entwickeln,
mit dem eine Abtrennung der vielen Verunreinigungen erreicht werden kann, ohne die Ausbeute an
gereinigtem Caprolactam erheblich zu erniedrigen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Reinigung von ε-Caprolactam, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man das feste, in feinteiliger Form vorliegende Rohlactam mit einer gesättigten Lösung von
ε-Caprolactam in einem organischen Lösungsmittel, in dem die Löslichkeit des Caprolactams bei 25° C mehr
als 15 g Lactam je 100 g Lösungsmittel beträgt, bei 0-50° C bis zu 60 Stunden extrahiert und das feste,
gereinigte Caprolactam wieder abtrennt
Bevorzugt werden Alkohole mit 1 bis 5 Kohlen-
Vi Stoffatomen, wie z. B. Methanol, Ethynol, n-PropanoI,
Isopropanol, n-Butanol, ko-ButanoI und Amylalkohol,
Ester von Carbonsäuren mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen und 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in der einwertigen
Alkoholkomponente, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Iso-Propyl-, n- und iso-Butylformiat, sowie Methyl-,
Ethyl-, Propyl-, Butyl- und iso-butylacetat, Ketone mit weniger als 9 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Aceton,
Methylethylketon, Diethyllketon, Diisopropylketon, Diisobutylketon, Dibutylketon, Methylisobutylketon und
Ethylisobulylketon, Benzoil und Alkylaromaten mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Toluol, Xylol, Ethylbenzol,
Cumol, Diisopropylbenzol, cyclische Äther, wie z.B. Dioxan, 1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan und Tetrahydrofuran,
Carbonsäureamide mit 1 bis 2 Kohlenstoff-
1SO atomen, bei denen der Amidstickstoff gegebenenfalls
mit Alkylgruppen mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann, wie z. B. Formamid, Dimethylformamid
und Dimelhylacelamid, und aliphatische Chlorkohlenwasserstoffe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen,
wie z. B. Melhylenchlorid, Kohlenstoffletrachlorid, Chloroform, Äthylendichlorid, 1,3-Propylendichlorid,
1,4-Butylendichlorid, 1,1,1-Trichloräthan, Trichloräthylen
und Cyclohexylchlorid, verwendet.
Besonders bevorzugt werden Dimethylformamid,
bo Ameisensäureäthylester, Älhylacetat, Dioxan, Methanol,
Aceton, Isopropanol, Isobutanol, Tetrachlorkohlenstoff, Methylenchlorid, Methylisobutylketon, Toluol,
Äthylbenzol, Xylol, Cumol und Benzol verwendet.
Das zu reinigende Rohlaclam kann sowohl durch Beckmann-Umlagerung in Gegenwart einer Säure als auch durch Umlagerung von Cyclohexanonoxim in der Gasphase in Gegenwart von festen Katalysatoren sowie durch Depolymerisation von Polyamidabfällen
Das zu reinigende Rohlaclam kann sowohl durch Beckmann-Umlagerung in Gegenwart einer Säure als auch durch Umlagerung von Cyclohexanonoxim in der Gasphase in Gegenwart von festen Katalysatoren sowie durch Depolymerisation von Polyamidabfällen
hergestellt werden. Bei den technischen Verfahren zur
Durchführung der Beckmann-Umlagerung wird ein großer Oberschuß an Säure verwendet, um mit
Sicherheit eine vollständige Umlagerung zu erreichen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens
ist dieser Säureüberschuß nicht mehr notwendig.
Ein besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Tatsache, daß man mit einer relativ
geringen Menge Extraktionsflüssigkeit und ohiie diese
zu erneuern einen umso größeren Reinigungseffekt erreicht, je länger man die Extraktionsflüssigkeit auf das
Rohlactam einwirken läßt
Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren kann in einfacher Weise so durchgeführt werden, daß man sich
bei einer bestimmten Temperatur zwischen 0 und 50° C, z. B. bei Raumtemperatur, eine gesättigte Lösung von
Rohlactam in einem der oben aufgeführten Lösungsmittel herstellt- In eine solche Lösung wird unter
Rühren das zu reinigende Rohlactam eingebracht, das in feinteiliger Form vorliegt, wie es z. B. durch
Abschuppen auf einer Kühlwalze anfällt Das Gewichtsverhältnis vom festen Rohlactam zur eingesetzten gesättigten
Lactamlösung kann 1:10 bis 10:3 betragen. Damit sich die Suspension aber bequem rühren läßt, ist
ein Gewichtsverhältnis von Feststoff zur Lösung wie 1 :1 bis 1 :2 zu bevorzugen.
Die Suspension wird bis zu 60 Stunden gerührt oder stehengelassen. Die hierbei einzuhaltende Mindestzeit
richtet sich nach dem Verschmutzungsgrad des Rohlactams und ist umso langer, je stärker das
Rohlactam verunreinigt ist Wie lange man im Einzelfall die Lösung auf das Rohlactam unbedingt einwirken
lassen muß, kann einfach durch einen entsprechenden Laborversuch schnell ermittelt werden.
Nachdem die Suspension filtriert wurde, wird das abgetrennte Caprolactam mit dem Lösungsmittel oder
— um höhere Ausbeuten zu erhalten — mit einer Lactamlösunp gewaschen.
Zum Waschen des durch Extraktion gereinigten Lactams verwendet man zweckmäßigerweise das
gleiche Lösungsmittel, mit dem extrahiert worden ist, oder ein Lösungsmittel, das bereits Lactam gelöst
enthält Es können gegebenenfalls noch andere Lösungsmittel eingesetzt werden.
Um hohe Ausbeuten bei dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren zu erreichen, ist es wegen der
guten Löslichkeit des Lactams zweckmäßig, das Waschen des Lactams nach einem Gegenstromprinzip
durchzuführen, wobei die Waschflüssigkeiten mehrmals benutzt werden, bis sie schließlich bei zu hohem Verschmutzungsgrad
destilliert werden, um das Lactam daraus abzutrennen und das Lösungsmittel zurückzugewinnen.
Das abgetrennte Lactam wird in die Extraktionsstufe des Reinigungsprozesses zurückgeführt.
Auch die Lactamlösungen, die man auf das Rohlactam längere Zeil einwirken läßt, können mehrmals
benutzt werden, bis sie schließlich durch Destillation aufgearbeitet werden, wobei das abgetrennte Lactam
und das Lösungsmittel ebenfalls in den Prozeß zurückgeführt werden, während r1««» Cyclohexanonoxim enthaltende
Fraktion wie-w. u^i Oximumlagerungsstufe
zugeführt werden kann.
Der Reinheitsgrad des extrahierten Lactams hängt von der Art der Verunreinigungen des Rohlactams ab,-die
je nach dessen Herstellungsart, ob durch Beckmann-Umlagerung oder kataiytische Umlagerung von Cyclohexanonoxim
oder aber durch Depolymerisation von Polyamidabfällen, sehr unterschiedlich sein können.
Falls das Rohlactam aus der Beckmann-Umlagerung einer technischen Produktionsanlage entstammt so erreicht
man mit einer relativ kurzen Extraktionszeit von etwa 3 Stunden ein ReinlactanL, das nach dem Entfernen
des anhaftenden Lösungsmittels die gewünschten Reinheitskenndaten aufweist Das Abtrennen der Lösungsmittelreste
kann durch Behandeln mit Stickstoff, Wasserdampf oder durch Abdestillieren erfolgen,
ίο In dem Rohlactam aus der katalytischen Oxim-Umlagerung ist der Verunreinigungsgrad wesentlich höher. Es sind neben Cyclohexanonoxim, Cyclohexanon, Cyclohexanol und Hexensäurenitril noch eine Vielzahl von Verunreinigungen in sehr geringer Menge im Rohlactam vorhanden, die noch nicht identifiziert werden können. Durch die erfindungsgemäße festflüssig-Extraktion wird jener Anteil an Fremdstoffen entfernt der es sonst verhindert, selbst z. B. bei einer aufwendigen Rektifikation ein Reinlactam mit den erwünschten hohen Kennzahlen zu erhalten. Es ist jedoch je nach dem Verschmutzungsgrad und den gewählten Extraktionsbedingungen, wobei besonders das Lösungsmittel und die Extraktionszeit maßgebend sind, erforderlich, eine Destillation, Rektifikation oder Kristallisation zusätzlich durchzuführen. Die Extraktionsbedingungen lassen sich nur für das jeweilige Rohprodukt genau angegeben, da der Verschmutzungsgrad des Rohlactams vom Aktivitätszustand des z. B. boroxidhaltigen Katalysators abhangt.
ίο In dem Rohlactam aus der katalytischen Oxim-Umlagerung ist der Verunreinigungsgrad wesentlich höher. Es sind neben Cyclohexanonoxim, Cyclohexanon, Cyclohexanol und Hexensäurenitril noch eine Vielzahl von Verunreinigungen in sehr geringer Menge im Rohlactam vorhanden, die noch nicht identifiziert werden können. Durch die erfindungsgemäße festflüssig-Extraktion wird jener Anteil an Fremdstoffen entfernt der es sonst verhindert, selbst z. B. bei einer aufwendigen Rektifikation ein Reinlactam mit den erwünschten hohen Kennzahlen zu erhalten. Es ist jedoch je nach dem Verschmutzungsgrad und den gewählten Extraktionsbedingungen, wobei besonders das Lösungsmittel und die Extraktionszeit maßgebend sind, erforderlich, eine Destillation, Rektifikation oder Kristallisation zusätzlich durchzuführen. Die Extraktionsbedingungen lassen sich nur für das jeweilige Rohprodukt genau angegeben, da der Verschmutzungsgrad des Rohlactams vom Aktivitätszustand des z. B. boroxidhaltigen Katalysators abhangt.
jo Aus einem stark verschmutzten Rohlactam, das aus der katalytischen Oxim-Umlagerung in der Gasphase
stammt, kann ein hervorragend reines Lactam gewonnen werden, wenn man das in feinteiliger fester
Form vorliegende Rohlactam zunächst in der erfindungsgemäßen Weise mit einem der genannten
Lösungsmittel oder mit einer entsprechenden Lactamlösung zunächst extrahiert und dann noch einmal
umkristallisiert. Die erforderliche Exlraktionszeit liegt hierbei unter einer Stunde. Bei der Kombinption der
Extraktion mit einer Umkristallisation erweist sich die Verwendung von Benzol, Toluol, Xylol und Äthylbenzol
als sehr vorteilhaft. Um das Lösungsmittel, das nach der Kristallisation noch am Lactam haften bleibt,
abzutrennen, wird das Lactam bei vermindertem Druck unter Rückfluß gekocht und dann unter Vakuum überdestilliert.
Es ist hier keine Rektifikation erforderlich, wenn das Lactam nach der Extraktion auch noch einmal
umkristallisiert wurde. Die Kristallisation, die sich an die fest-flüssig-Extraktion anschließt, wird bei Tempeso
raturen durchgeführt, die sich nach der Art der angewendeten Verfahrensweise richten. Vorzugsweise werden
Temperaturen zwischen 10 und 40° C gewählt. Das Gewichtsverhältnis der Lactamkristalle zur
Mutterlauge kann zwischen 5:1 bis 1:10 liegen. Die Durchführung des Reinigungsverfahrens ist nicht auf
die Anwendung bestimmter Apparatetypen beschränkt.
Es können also die in der Technik üblichen Kühlungs-,
Vakuum- und Verdampfungsapparate benutzt werden.
Bei kontinuierlicher Gestaltung des Reinigungsver-
bo fahrens durch Extraktion und Kristallisation ist es
zweckmäßig, die bisher beschriebenen Einzeloperationen in folgender Weise miteinander zu verknüpfen
(die Zahlen und Buchstaben beziehen sich auf die Figur). Durch die Leitungen (1), (6) und (9) wird dem
fa5 Extraktionsapparat (A) Rohlactam und Rücklactam aus
den Stufen (Q und (£} zugeführt. Durch die Leitung (6)
strömt die Extraktionslösung hinzu, die aus der nachgeschalteten Umkristallisation stammt. Das
extrahierte Lactam gelangt über (2) in den Kristallisierungsapparat
(B). In der Trennvorrichtung (C) (z. B. Plattenfilter, Drehfilter oder Zentrifuge) wird das
umkristallisierte Lactam von der Mutterlauge abgetrennt und mit einem Lösungsmittel aus Leitung (10) gewaschen.
Ein Teil der Mutterlauge wird für die Extraktion abgezweigt (Leitung 6), die restliche Mutterlauge
und die Waschlauge gelangen über die Leitung (7) in den Kxistallisierungsapparat (B). Die gewaschenen
Lactamkristalle werden in (D) fraktioniert destilliert. Vorlauf und Destillationsrückstand werden über (U) in
die Kristallisationsstufe (B) zurückgeführt. Ein Teil der Exlraktionslösung, die in der Extraktion (A)anfällt, wird
in der Destillation (^aufgearbeitet, während der überwiegende Teil des Extraktionsmittels zur Extraktion
von weiterem Lactam dient. In der Destillation (E) wrd zunächst das Lösungsmittel abgetrennt (Leitung 10). Als
nächste Fraktion destilliert Cyclohexanonoxim über, das wieder zur katalytischen Umlagerung geleitet wird
(13). Die dritte Fraktion, die im wesentlichen nur aus Lactam besteht, gelangt über die Leitung (9) wieder in
die Extraktion (A). Der Rückstand, in dem sich die hochsiedenden Verunreinigungen anreichern, wird
durch die Leitung (14) ausgeschleust und auf den heißen Katalysator gesprüht, der sich im Fließbett der katalytischen
Oxim-Umlagerung befindet.
Entstammt das Rohlactam der Depolymerisation von Polyamidabfällen, so kann der Verschmutzungsgrad des
Rohlactams auch sehr unterschiedlich sein, je nach der Zusammensetzung der Polyamidabfälic, die zu Spaltlactam
depolymerisiert wurden. Bei der Reinigung von Spaltlactam ist es also auch abgebracht, durch Laborversuche
die günstigsten Extraktionsbedingungen zu ermitteln. Es ist zweckmäßig, das Spaltlactam nach
der Extraktion zu destillieren oder gegebenenfalls noch einmal umzukristallisieren. Für die Reinigung des
Spaltlactams gelten weitgehend die gleichen Bedingungen wie für die Reinigung von Rohlactam aus der
katalytischen Oxim-Umlagerung.
Die Extraktion kann mit den in der Technik üblichen Extraktionsapparaten durchgeführt werden. Dies sind
feststehende oder rotierende Einzelexiraktoren, die diskontinuierlich arbeiten. Gegebenenfalls kann die
Extraktion auch halbkontinuierlich in mehreren hintereinandergeschalteten Extraktoren vorgenommen werden,
wobei das Extraktionslösungsmittel und das zu extrahierende Lactam im Gegenstrom zueinander geführt
werden. Auch kontinuierlich arbeitende Extraktionsapparate, in denen das Extraktionsmittel und das
Extraktionsgut mit Förderelementen im Gegenstrom bewegt werden, können für die Lactamextraktion
eingesetzt werden. Weiterhin können Filterpressen benutzt werden, in denen das aufgeschwemmte Rohlactam
zunächst abgepreßt und der Filterkuchen mit der Extraktionslösung nachgewaschen wird.
Der Reinigungseffekt, den man bei der fest-flüssig-Extraktion
erreicht, kann weiter gesteigert werden, wenn man zur Rohlactamschmelze vor ihrem Erstarren
auf einer Kühlwalze oder in einer anderen technischen Vorrichtung bis zu 10% eines oben aufgeführten
Lösungsmittels hinzufügt.
Schmilzt man das extrahierte Lactam noch einmal auf, läßt es wieder erstarren und extrahiert erneut, so
wird ein weiterer zusätzlicher Reinigungseffekt erzielt Diese wiederholte Arbeitsweise ist besonders bei stark
verschmutztem Rohlactam von Bedeutung.
Zur Bestimmung des Reinheitsgrades des hergestellten Caprolactams wurden die allgemein üblichen
Kenndaten gemessen. Die Hazen-Farbzahl ist gemäß ASTM, D 1209 definiert. Die Permanganatzahl gibt die
Zeit in Sekunden an, nach der die Farbe einer Lösung von 1 g ε-Caprolactam in 100 ml Wasser nach Zusatz
von 1 ml n/100 KMnO4-Lösung so weit abgeschwächt ist, daß ihre Färbung einer Vergleichslösung entspricht,
die in 1 Liter Wasser 2,5 g Co(NO3)2 · 6 H2O und 0,01 g
K2Cr2O? enthält. Die flüchtigen Basen werden ausgedrückt
in ml n/10 Schwefelsäure für 20 g Caprolactam.
ίο Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße
Reinigungsverfahren verdeutlichen:
Es wurde ein hellbraun gefärbtes Rohlactam aus der katalytischen Umlagerung von Cyclohexanonoxim
eingesetzt, das folgende Zusammensetzung aufwies:
96,8% Caprolactam
3,0% Cyclohexanonoxim
0,2% Nebenprodukte verschiedener Art
3,0% Cyclohexanonoxim
0,2% Nebenprodukte verschiedener Art
und folgende Kennzahlen ergab:
Erstarrungspunkt: 64°C
Hazen-Farbzahl: über 300
Flüchtige Basen: 6,68
KMnO4-ZaM: 0
Je 400 g des Rohlactams wurden zu je 600 g einer gesättigten Lösung von Lactam in verschiedenen
Lösungsmitteln gegeben und jeweils 24 Stunden bei 25° C gerührt. Danach wurde das Lactam abfiltriert
und sorgfältig mit einer Lösung gewaschen, die mit Lactam gesättigt war. Um das anhaftende Lösungsmittel
vom Lactam zu entfernen, wurde das Lactam erst eine Stunde mit Wasserdampf behandelt und dann
unter Zusatz von 0,3% NaOH unter Vakuum destilliert. Bei der Destillation wurde bei den einzelnen Versuchen
mit den verschiedenen Lösungsmitteln jeweils 10% Vorlauf und 10% Rückstand abgetrennt
Vom Hauptlauf wurden jeweils die Kennzahlen des Lactams bestimmt, die in der folgenden Tabelle für die
verschiedenen Lösungsmittel zusammengestellt wurden. Zum Vergleich stehen an erster Stelle die Kennzahlen
des Rohlactams, das nur eine Stunde mit Wasserdampf behandelt und wie bei den übrigen Versuchen
nach Zusatz von NaOH unter Vakuum destilliert wurde.
Am Ende der folgenden Tabelle ist das Ergebnis
von zwei Versuchen aufgeführt, bei denen — abweichend von den übrigen Versuchen — die
Extraktion des Rohlactams 24 Stunden bei 00C(Nr. 18) bzw. bei 40° C (Nr. 19) durchgeführt wurde. Für die
Extraktion wurde entsprechend eine Lactam-Methanol-Lösung, die bei 00C bzw. bei 400C gesättigt war,
verwendet
Aus der Tabelle ist zu entnehmen, welch unterschiedliehe
Wirkung die einzelnen Lösungsmittel haben. Erfahrungsgemäß eignen sich alle Lösungsmittel, die
unter den hier gewählten Bedingungen KMnO*-Zahlen von mehr als 3000 ergeben. Es handelt sich dabei um
Lösungsmittel, die laut Tabelle bei 25° C mehr als 15 g Lactam je 100 g Lösungsmittel lösen. Der Reinheitsgrad
des Lactams ist dann so hoch, daß das Lactam nach einer üblichen fraktionierten Vakuumdestillation die
geforderte Reinheit aufweist
Extraktionsversuche bei 25°C, O0C*) und 4O0C**)
Lösungsmittel | Löslichkeil | Hazcn-Farbzahl | Erstarrungs | Flüchtige | KMnO4- | 0 |
(25°C) | punkt | Basen | Zahl | 0 | ||
g Lactam in | 60 | |||||
100 g Lösungs | 1 100 | |||||
mittel | 0C | 1 500 | ||||
Vergleichssubstanz | 70-80 | 67,4 | 2,00 | 4 200 | ||
1. Isooktan | 1 | 20 | 68,6 | 0,88 | 8 000 | |
2. Diisobutylen | 2 | 60 | 68,78 | 1,04 | 7 800 | |
3. Cyclohexan | 2 | 5-10 | 69,02 | 0,28 | -8 000 | |
4. Perchloräthylen | 11 | 5 | 69,09 | 0,13 | 5 000 | |
5. Cumol | 27 | 5 | 69,05 | 0,2 | 21 000 | |
6. Methylisobutylketon | 39 | 5 | 69.03 | 0,14 | 3 600 | |
7. Kohlenstofftetrachlorid | 43 | 5 | 69,00 | 0,16 | 19 000 | |
8. Äthylacetat | 43 | 5 | 69,04 | 0,08 | 12 000 | |
9. Toluol | 48 | 5 | 69,04 | 0,11 | 19 000 | |
10. Methylacetat | 60 | 10 | 69,08 | 0,10 | 7 500 | |
11. Dioxan | 68 | 5 | 69,05 | 0,08 | 9 100 | |
12. Ameisensäureäthylester | 89 | 5 | 69,06 | 0,16 | 20 000 | |
13. Aceton | 96 | 5 | 69,04 | 0,13 | 20 400 | |
14. Dimethylformamid | 100 | 5 | 69.11 | 0,14 | 27 000 | |
15. Isobutanol | 150 | 5 | 69,01 | 0,10 | ||
16. Isopropanol | 178 | 5 | 69,03 | 0,16 | ||
17. Methanol | 380 | 5 | 69,04 | 0,16 | ||
18. Methanol*) | 380 | 5 | 69,00 | 0,13 | ||
19. Methanol**) | 380 | 10 | 69,07 | 0,13 |
Je 400 g Rohlactam, das durch katalytische Umlagerung
von Cyclohexanonoxim hergestellt wurde und noch 0,1% Oxim enthielt, wurde mit 400 g einer bei
25° C gesättigten Lösung von Lactam in Methanol verschieden lange, d. h. 1, 2, 4, 6 und 24 Stunden bei 250C
angerührt. Der entstandene Brei wurde filtriert; das abgetrennte Lactam wurde sorgfältig mit einer ge-J5
sättigten Lactam-Methanol-Lösung gewaschen und sodann nach Zusatz von 0,3% NaOH unter Vakuum
destilliert, wobei jeweils etwa 10% Vorlauf und 10% Rückstand abgetrennt wurden. Von dem so gereinigten
Lactam wurden die Kennzahlen ermittelt:
Rührzeit
Stunden
1 2
Hazen-Farbzahl 5 5 5 5 5
Erstarrungspunkt 69,1 69,1 69,1 69 69,1°C
Flüchtige Basen 0,15 0,14 0,12 0,12 0,09
KMnO4-ZaW 2500 3600 10 800 18 000 36 000
Je 400 g Rohlactam, das aus der Beckmann-Umlagerung einer technischen Produktionsanlage entstammte
und auf einer Kühlwalze abgeschuppt worden war, wurden jeweils mit 600 g einer gesättigten Lösung von
Rohlactam in Aceton, Äthanol, Dioxan oder Methylacetat 3 Stunden bei 25° C angemaischt Die entstandene
Suspension wurde dann filtriert und das Lactam zweimal mit je 100 g einer gesättigten Losung von
Lactam in dem entsprechenden Lösungsmittel gewaschen. Das auf diese Weise erhaltene Lactam wurde
bei 0,1 Torr 20 Minuten unter Rückfluß erhitzt, um das anhaftende Lösungsmittel zu entfernen. Das so
gereinigte Lactam ergab bei Verwendung der genannten Lösungsmittel folgende Kennzahlen:
Lösungsmittel
Erstarrungspunkt Hazen-Farbzahl Flüchtige Basen
KMnO4-Zahl
Aceton 69,08
Äthanol 69,14
Dioxan 69,02
Methylacetat 69,00
Ausgangs-Rohlactam <60
5-10
5
>100
5
>100
0,12
0,04
0,05
0,05
0,40
0,04
0,05
0,05
0,40
> 40 000
> 40 000
33 000
33 000
> 40 000
60
Ein aus einer Rückgewinnungsanlage entstammendes und auf einer Kühlwalze abgeschupptes Spaltlactam
wies folgende Qualitätsmerkmale auf:
Hazen-Farbzahl:
Erstarrungspunkt:
Flüchtige Basen:
KMnO4-ZaW
Erstarrungspunkt:
Flüchtige Basen:
KMnO4-ZaW
über 100
680C
1,62
0
680C
1,62
0
2,8 kg des Spaltlactams wurden zu 2 kg einer bei 25°C gesättigten Lösung von Spaltlactam in Toluol
geben und bei 25°C 24 Stunden unter Rühren aufeinander einwirken gelassen. Der entstandene
Kristallbrei wurde filtriert und das abfiltrierte Lactam r> mit einer gesätiigien Toiuoi-Laciam-Lösung sorgfältig
gewaschen. Die auf diese Weise gewonnenen 2,3 kg Caprolactam wurden nach Zusatz von 0,3% NaOH
fraktioniert destilliert. Nach Abtrennung von 8% Vorlauf und 15% Rückstand ergab die Hauptfraktion
folgende Kennzahlen:
Hazen-Farbzahl:
Erstarrungspunkt:
Flüchtige Basen:
KMnO4-ZaIiI
Erstarrungspunkt:
Flüchtige Basen:
KMnO4-ZaIiI
69,01° C
0,05
> 40 000
0,05
> 40 000
25
Es wurde ein Caprolactam verwendet, das durch Gasphasen-Umlagerung in Gegenwart eines Bortrioxid-Katalysators
hergestellt und anschließend auf einer Kühlwalze abgeschuppt wurde. Das Caprolactam
war hellbraun und enthielt 3% Cyclohexanonoxim und 0,6% einer Vielzahl von Fremdstoffen. Mit diesem Rohlactam
wurde eine bei 1 -3° C gesättigte Benzollösung hergestellt. Zu 3 kg dieser Lösung wurden 3 kg
Rohlactam gegeben. Das Gemisch wurde 4 Stunden gerührt und dabei auf einer Temperatur von 1 -3°C
gehalten. Danach wurde filtriert und das Lactam mit 3 kg einer gesättigten Reinlactam-Benzol-Lösung
gewaschen. Die Ausbeute an feuchtem Lactam betrug 90%. Nach Zusatz von 0,3% NaOH wurde das Lactam
unter Vakuum fraktioniert destilliert. Es wurden 23% Vorlauf und 27% Rückstand abgetrennt. Das restliche
Lactam zeigte folgende Kennzahlen:
Erstarrungspunkt:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
Permanganat-Zahl:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
Permanganat-Zahl:
69,04
0,08
> 40 000
50
Bei diesem Beispiel und in den Beispielen 7 bis 9 wurde ein Rohlactam eingesetzt, das durch Umlagerung
von Cyclohexanonoxim in der Gasphase an einem bortrioxidhaltigen Katalysator hergestellt wurde und
auf einer Kühlwalze zu Schuppen erstarrte. Dieses Rohlactam enthielt 3,6% Cyclohexanonoxim und
insgesamt etwa 1% an Nebenprodukten.
Die Reinigung des Rohlactams erfolgte nach einem ω
Gegenstromprinzip entsprechend der Abbildung bei Raumtemperatur (21 -27°C). Für die Extraktion wurde
ein Glasrohr mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Länge von 150 cm benutzt; am unteren Ende des
Rohres war eine Glasfritte eingeschmolzen. Dieses Glasrohr wurde mit 600 g Rohlactam gefüllt. Auf das
Lactam wurden 0,8 kg einer gesättigten Benzol-Lactam-Lösung
in vier Portionen aufgegeben. Die erste Hälfte der Extraktionslösiing, die aus der Säule tropfte,
wurde abgezweigt, während die zweite Hälfte der Lösung für die Extraktion von weiterem Rohlactam
beim nächsten Durchgang verwahrt wurde. Nach der Extraktion wurde das Lactam in ein Rührgefäß
gegeben, in dem sich 1 kg einer bei Raumtemperatur gesättigten Benzol-Lactam-Lösung befand. Das Gemisch
wurde auf 60°C erwärmt, um das Lactam vollständig zu lösen. Die entstandene Lösung wurde unter
Rühren auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Lactam wieder auszukristallisieren. Die Lactamkristalle wurden
mit einer Nutsche abfiltriert, mit 0,4 kg einer gesättigten Benzol-Lactam-Lösung vorgewaschen und schließlich
mit 200 g Benzol nachgewaschen. Beim nächsten Durchgang wurde die Waschlauge der ersten Wäsche
zur Mutterlauge gegeben, von der zuvor die entsprechende Menge für die Extraktion abgezweigt
wurde. So wurde die Menge der Mutterlauge (1 kg) auch bei den nachfolgenden Umkristallisationen
konstant gehalten. Mit der Waschlauge, die beim Waschen des umkristallisierten Lactams mit reinem
Benzol anfiel, wurde bem nächsten Durchgang das umkristallisierte Lactam zuerst gewaschen, usw. Auf
diese Weise wurden viermal je 600 g Rohlactam gereinigt, wobei beim ersten Durchgang 405 g, beim
zweiten 490 g, beim dritten 355 g und beim vierten Durchgang 405 g Reinlactam gewonnen wurden.
Das Lactam wurde nach Zusatz von 0,3% NaOH bei 0,1 Torr überdestilliert, wobei 7% als Vorlauf und 3,7%
als Rückstand abgetrennt wurden. Die Kennzahlen des so gereinigten Lactams vi'aren bei allen Durchgängen
sehr gut, zum Beispiel ergaben sie sich für den vierten Durchgang wie folgt:
Erstarrungspunkt:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
UV-Zahl:
Permanganat-Zahl:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
UV-Zahl:
Permanganat-Zahl:
69
0.11
99
> 40 000
In gleicher Weise wie in Beispiel 6, aber unter Verwendung einer gesättigten o-Xylol-Lactam-Lösung,
wurde Rohlactam durch Extraktion und eine Umkristallisation gereinigt. Die Extraktion wurde in dem gleichen
Rohr und auch bei Raumtemperatur (20—2S°C) durchgeführt. Bei jedem Durchgang wurde 1 kg Rohlactam
eingesetzt, für die Fxtraktion stand im Mittel 1,1 kg einer gesättigten o-Xylolilösung zur Verfugung. Die
Mutterlauge, in der das extrahierte Lactam umkristallisiert
wurde, betrug ebenso wie irr. 5. Beispie!
1 kg. Bei jedem Durchgang wurden die Lactamkristalle zum Schluß aber mit 300 g o-Xylol nachgewaschen.
Ebenso wie in Beispiel 6 wurde auch bei der Umkristallisation
verfahren, d. h. durch Erwärmen auf 60° C wurde das Lactam in Lösung gebracht, und
anschließend wurde diese Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt
Beim 1. Durchgang konnten aus 1 kg Rohlactam 0,73 kg Reinlactam gewonnen werden,
beim 2. Durchgang 0,66 kg,
beim 3. Durchgang 0,80 kg,
beim 4. Durchgang 0,68 kg.
beim 2. Durchgang 0,66 kg,
beim 3. Durchgang 0,80 kg,
beim 4. Durchgang 0,68 kg.
Das so gewonnene Lactam wurde unter Zusatz von 0,3% NaOH überdestilliert, wobei zur Abtrennung des
Lösungsmittels ein Vorlauf von etwa 5% gewonnen wurde; der Destillationsrückstand betrug 8,4%. Das so
destillierte Caprolactam hatte nach dem 4. Durchgang folgende Kennzahlen:
Erstarrungspunkt:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
UV-Zahl:
Permanganat-Zahl:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
UV-Zahl:
Permanganat-Zahl:
69,1
5
5
0,09
98
>40 000
98
>40 000
1 kg Rohlactam wurde mit 1 kg einer Lösung aus 21,4 Gewichtsprozent Lactam und 78,6 Gewichtsprozent
Toluol zu einer Suspension verrührt. Die so entstandene Suspension wurde filtriert, und der Filterkuchen
wurde zweimal mit je 0,3 kg der genannten Toluol- Lactam- Lösung extrahiert. Das so gereinigte
Caprolactam wurde in 400 g Toluol umkristallisiert, wobei die Lactamlösung auf 25°C abgekühlt wurde.
Die von der Mutterlauge abgetrennten Lactamkristalle wurden auf der Nutsche dreimal mit je 100 ml Toluol
gewaschen. 319 g Caprolactam konnien auf diese Weise gewonnen werden. Das Lactam wurde nach Zusatz von
0,3% NaOH bei 0,1 Torr überdestilliert, wobei 6% als Vorlauf und 11% als Destillationsrückstand abgetrennt
wurden. Die Kennzahlen des so gereinigten lactams betrugen:
Erstarrungspunkt:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
UV-Zahl:
Permanganat-Zahl:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
UV-Zahl:
Permanganat-Zahl:
69,1
0,11
99
> 40 000
In gleicher Weise wie in Beispiel 6, aber unter Verwendung einer bei Raumtemperatur gesättigten
Äthylbenzol-Lactam-Lösung, wurde Rohlactam durch Extraktion und eine Umkristallisation gereinigt Für die
Extraktion wurde das gleiche Glasrohr wie in Beispiel 6 benutzt. Bei jedem Durchgang wurden ebenfalls 600 g
Rohlactam, das durch katalytische Umlagerung in der Gasphase hergestellt wurde, eingesetzt Nur die
Mutterlauge, in der das extrahierte Lactam bei Raumtemperatur umkristallisiiirt wurde, betrug 0,8 kg. Bei
jedem Durchgang wurde das umkristallisierte Lactam zum Schluß mit 200 g Äthylbenzol nachgewaschen.
Auf diese Art wurden viermal 600 g Rohlactam gereinigt, wobei beim ersten Durchgang 393 g, beim
zweiten 417 g, beim dritten 411g und beim vierten Durchgang 411g reines Lactam gewonnen wurden. Das
Lactam vom vierten Durchgang wurde unter Zusatz von 0 3% NaOH übsrdsstiüier* wobei 4% als Vorlauf
und 10% Rückstand abgetrennt wurden. Das so gewonnene Lactam hatte folgende Kennzahlen:
Erstarrungspunkt:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
UV-Zahl:
Permanganat-Zahl:
Hazen-Farbzahl:
Flüchtige Basen:
UV-Zahl:
Permanganat-Zahl:
69,07
0,11
98
> 40 000
Es wurde Rohlactam eingesetzt, das aus der Beckmann-Umlagerung einer technischen Produktionsanlage stammte und das die in Beispiel 3 angeführten
Reinheitskennzahlen aufwies. Mit diesem Rohlactam wurden zwei Vergleichsversuche durchgeführt, indem
nur in einem Fall vor dem Abschuppen auf der
Kühlwalze der Rohlactamschmelze 5% 1,4-Dioxan zugesetzt wurden. Beide Lactame — mit und ohne
Dioxan-Zusatz — wurden wie folgt unter völlig gleichen Bedingungen gereinigt.
Je 400 g Rohlactam wurden in je 400 g einer gesättigten Lösung von Rohlactam und Toluol 2 Stunden
bei 25°C angemaischt. Die entstandene Suspension wurde filtriert und das Lactam sorgfältig mit einer
gesättigten Toluol-Lactam-Lösung gewaschen. Das auf diese Weise erhaltene Lactam wurde bei 0,1 Torr
20 Minuten unter Rückfluß erhitzt, um das anhaftende Lösungsmittel zu entfernen. Das gereinigte Lactam
ergab beim Einsatz der genannten Rohlaclamschuppen folgende Kennzahlen:
1.4-Dioxan im Rohlactam
5%
Hazenfarbzahl
Erstarrungspunkt
Flüchtige Basen
UV-Zahl
KMnO4-ZaM
Erstarrungspunkt
Flüchtige Basen
UV-Zahl
KMnO4-ZaM
5 | 5 |
69.1 | 69,1 |
0,09 | 0,05 |
89 | 93 |
> 40 000 | > 40 000 |
Dem Rohlactam wurde, bevor es auf einer Kühlwalze abgeschuppt wurde, 5% Toluol zugesetzt, um einen
höheren Reinigungseffekt bei der Fest-flüssig-Extrak-
so tion mit einer Toluollösung zu erreichen. Aus dem
gleichen Grund wurde das extrahierte Lactam wieder aufgeschmolzen, wieder auf der Kühlwalze abgeschuppt
und ein zweites Mal extrahiert. Das abgeschuppte Rohlactam, das hier als Ausgangsmaterial
diente, war hellbraun und enthielt 0,3% Nebenprodukte, 3% Oxim und die zugesetzten 5% Toluol.
1 kg von diesem Rohlactam wurde zu 1 kg einer gesättigten Lösung Caprolactam in Toluol gegeben und
2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Der entstandene Lactambrei wurde filtriert und zweimal mit je
300 g einer gesättigten Toluol-Lactam-Lösung gewaschen. Das Lactam, das etwa 14% Toluol als Restfeuchte
enthielt, wurde durch Erwärmen auf etwa 800C aufgeschmolzen und wieder auf einer Kühlwalze abgeschuppt.
Diese Lactamschuppen wurden wieder zu 1 kg einer gesättigten Toluol-Lactam-Lösung gegeben und
nochmals 2 Stunden angemaischt. Dann wurde das feste Lactam wieder abfiltriert und zweimal mit je 300 g
Toluol nachgewaschen. Maisch- und Waschlaugen wurden getrennt aufgefangen und in der gleichen
Reihenfolge beim nächsten Durchgang zum Reinigen vor. einem weiteren Kilo Rohlactam benutzt
Beim zweiten Durchgang wurde die erste Waschflüssigkeit zur ersten Maischlauge gegeben, von der
vorher der entsprechende Anteil entfernt wurde, so daß wieder 1 kg Maischlauge vorhanden war. Mit der
zweiten Waschflüssigkeit des ersten Durchganges wurde die erste Wäsche des zweiten Durchganges
ausgeführt Für die zweite Wäsche wurde ein Teil der
bo zweiten Maischlauge des ersten Durchganges verwendet,
wobei die Maischlauge nach Zugabe der dritten Waschflüssigkeit sich wieder zu 1 kg ergänzte.
Vor der zweiten Maische wurde das Lactam wie beim ersten Durchgang nochmals aufgeschmolzen und
erneut abgeschuppt Nach der zweiten Maische wurde das abfiltrierte Lactam mit bereits gebrauchter Waschflüssigkeit
aus dem vorangegangenen Durchgang gewaschen und zum Schluß mit 300 g Toluol nachge-
14
waschen. Auf diese Weise wurden beim zweiten Durchgang 722 g Lactam erhalten. Pas feuchte Lactam wurde
mit 0,3% NaOH versetzt und bei 0,2 Torr destilliert,
wobei 5% Vorlauf 'ind 7,5% Rückstand abgetrennt wurden. Die Hauptfraktion des Lactams zeigte
folgende Kennzahlen.
Erstarrungspunkt: Hazen-Farbzahl: Flüchtige Basen: UV-Zahl:
KMnO4-ZaM
KMnO4-ZaM
69,1° C
0,10
100
> 40
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Reinigung von ε-Caprolactam, dadurch gekennzeichnet, daß man das
feste, in feinteiliger Form vorliegende Rohlactam
mit einer gesättigten Lösung von ε-Caprolactam in einem organischen Lösungsmittel, das bei 25° C
mehr als 15 g ε-Caprolactam je 100 g Lösungsmittel löst, bei 0 bis 500C bis zu 60 Stunden extrahiert und
das feste, gereinigte Caprolactam wieder abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Alkohole mit 1 bis
5 C-Atomen, Ester von Carbonsäuren mit 1 bis 2 C-Atomen und 1 bis 4 C-Atomen in der
einwertigen Alkoholkomponente, Ketone mit weniger als 9 C-Atomen, Benzol und Alkylaromaten mit
7 bis 12 C-Atomen, cyclische Äther, Carbonsäureamide mit 1 bis 2 C-Atomen, bei denen der Amidstickstoff
gegebenenfalls mit Alkylgruppen mit 1 bis 2 C-Atomen substituiert sein kann und aliphatische
Chlorkohlenwasserstoffe mit 1 bis 6 C-Atomen eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das extrahierte Lactam zusätzlich
fraktioniert, destilliert und/oder umkristallisierL
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das durch katalytische Umlagerung
gewonnene rohe ε-Caprolactam nach der Extraktion noch einmal umkristallisiert und destilliert
5. Verfahren zur Reinigung von ε-Caprolactam, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem
Erstarren des Rohlactams, das für die fest-flüssige Extraktion bestimmt ist, ein organisches Lösungsmittel
hinzufügt
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man bis zu 10% eines unter Anspruch
2 genannten, organischen Lösungsmittels hinzufügt.
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