DE602004009173T2

DE602004009173T2 - Verfahren zur herstellung von caprolactam durch mischen von cyclohexanonoxim mit einer reaktionsmischung unter turbulenten strömungsbedingungen

Info

Publication number: DE602004009173T2
Application number: DE602004009173T
Authority: DE
Inventors: Theodorus Maria Smeets; Joannes Albertus Lemmens; Frank Mostert; Peter Wei-Hae Augusta CHENG
Original assignee: DSM IP Assets BV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: MXPA05012689A; ATE374179T1; MXPA05012688A; EP1633706A1; EA200501858A1; US7358357B2; KR20060015615A; WO2004113287A1; EP1628955B9; EP1628955A1; MXPA05012621A; CN104262223A; TW200427658A; KR20060006088A; TWI335317B; JP2007520445A; CN1842519A; TW200502217A; ATE465991T1; EA200501850A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Caprolactam durch Beimischen von Cyclohexanonoxim zu einer Caprolactam, Schwefelsäure und gegebenenfalls freies SO₃ enthaltenden Reaktionsmischung.
Caprolactam kann durch eine Beckmann-Umlagerung von Cyclohexanonoxim hergestellt werden. Eine solche Beckmann-Umlagerung kann durch Beimischen von Cyclohexanonoxim zu einer Caprolactam, Schwefelsäure und gegebenenfalls freies SO₃ enthaltenden Reaktionsmischung ausgeführt werden. In einem solchen Verfahren katalysieren die Schwefelsäure und gegebenenfalls freies SO₃ die Umwandlung von Cyclohexanonoxim in Caprolactam.
US-A-3601318 beschreibt die Bedeutung der Mischungsbedingungen, um Caprolactam der gewünschten Reinheit zu erhalten. Es wird eine Mischvorrichtung mit einem Rohr offenbart, durch das eine Verfahrensflüssigkeit fließen kann, wobei das Rohr, in die Strömungsrichtung gesehen, sich zu einem Hals verengt und sich hinter dem Hals erweitert. Mehrere Kanäle sind um das Rohr angeordnet und münden in das Rohr ein, und durch diese Kanäle kann eine Eintragsflüssigkeit der Verfahrensflüssigkeit beigemischt werden. Es wird beschrieben, dass die Mischvorrichtung besonders für Situationen geeignet ist, in welchen die Flüssigkeiten gründlich und vollständig in der virtuellen Abwesenheit jeglicher Turbulenz gemischt werden müssen. Eine solche Situation ist als Beckmann-Umlagerung zyklischer Ketoxime in Gegenwart einer Schwefelsäure oder Phosphor- oder Polyphosphorsäuren beschrieben.
Wir stellten fest, dass die Verwendung der Mischvorrichtung, wie in US-A-3601318 vorgeschrieben, d.h., unter Laminar Flow-Bedingungen, für die Herstellung von Caprolactam zu einer geringen Ausbeute führt.
Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Ausbeute.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Caprolactam durch Beimischen von Cyclohexanonoxim zu einer Caprolactam und Schwefelsäure enthaltenden Reaktionsmischung unter Verwendung einer Mischvorrichtung erreicht, wobei die Mischvorrichtung (i) ein Rohr enthält, durch das die Reaktionsmischung strömen kann, und (ii) um das Rohr herum angeordnete Kanäle, die in das Rohr einmünden, bei dem man: die Reaktionsmischung durch das Rohr leitet und das Cyclohexanonoxim durch einen oder mehrere der Kanäle in die Reaktionsmischung einträgt, worin Re > 5000 ist, wobei Re die durch ρ·V·D/η definierte Reynolds-Zahl ist, wobei

ρ: = Dichte (in kg/m³) der in das Rohr eingetragenen Reaktionsmischung
V: = Geschwindigkeit der Reaktionsmischung, wobei V als W/A definiert ist, wobei W für den Durchfluss (in m³/s) der in das Rohr eingetragenen Reaktionsmischung steht und A für die Querschnittsfläche des Rohrs (in m²) auf der Höhe, auf der die Kanäle in das Rohr einmünden, steht,
D: = Durchmesser des Rohrs auf der Höhe, auf der die Kanäle in das Rohr einmünden (in m),
η: = Viskosität der in das Rohr eingetragenen Reaktionsmischung (in Pa·s).

Es hat sich gezeigt, dass die Ausbeute größer ist, wenn die erhöhte Reynolds-Zahl gemäß der Erfindung angewendet wird. Ferner wird eine hohe Reinheit erreicht.
Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren von US-A-3601318 darin, dass der Hauptstrom von US-A-3601318 unter Laminar Flow ist. Die einem Laminar Flow entsprechende Reynolds-Zahl ist nicht höher als 2100.
Gemäß der Erfindung ist Re > 5000. Eine weitere Erhöhung der Ausbeute wird in vorteilhafter Weise erzielt, wenn erhöhte Re-Werte angewendet werden. Vorzugsweise ist Re > 10.000, insbesondere > 15.000, insbesondere > 20.0000, insbesondere > 25.000. Aus praktischen Gründen ist Re im Allgemeinen < 100.000.
Gewünschte Werte für Re gemäß der Erfindung können vorteilhaft durch Wählen einer geeigneten Kombination von ρ, V, D und η erreicht werden.
Gemäß der Erfindung wird die Reaktionsmischung durch ein Rohr geleitet. Es kann jedes geeignete Rohr verwendet werden, durch das eine Flüssigkeit geleitet werden kann. Vorzugsweise hat das Rohr eine im Allgemeinen zylindrische Form. Vorzugsweise verengt sich das Rohr, in die Strömungsrichtung gesehen, in einem ersten Teil zu einem Hals und erweitert sich gegebenenfalls hinter dem Hals in einen zweiten Teil. vorzugsweise münden die Kanäle in den ersten Teil, den Hals oder den zweiten Teil des Rohrs ein, insbesondere in den Hals. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Hals auf den Teil des Rohrs hinter dem ersten Teil (in die Strömungsrichtung gesehen) mit der kleinsten Querschnittsfläche. Der Winkel, mit dem sich der erste Teil verengt (Winkel zwischen der Wand des ersten Teils und der Achse des Rohrs) ist vorzugsweise größer als 5°. Der Winkel, mit dem sich der zweite Teil erweitert, ist vorzugsweise größer als 5° (Winkel zwischen der Wand des zweiten Teils und der Achse des Rohrs).
Gemäß der Erfindung sind Kanäle um das Rohr angeordnet. Die Kanäle können jede passende Öffnung sein, durch die Cyclohexanonoxim in die Reaktionsmischung eingetragen werden kann. Die Kanäle können jeden geeigneten Durchmesser haben. Der Durchmesser der Kanäle ist vorzugsweise mindestens 2 mm. Dies verringert das Risiko einer Verstopfung der Kanäle. Die Anzahl der Kanäle, die um das Rohr angeordnet sind, kann unterschiedlich sein, und kann zum Beispiel zwischen 2 und 32 liegen, vorzugsweise zwischen 4 und 24. Vorzugsweise umfasst die Mischvorrichtung eine Beschickungskammer, wobei die Beschickungskammer um das Rohr angeordnet ist und die Kanäle aus der Beschickungskammer in das Rohr einmünden. Die Beschickungskammer kann an die Cyclohexanonoximquelle angeschlossen sein, und Cyclohexanonoxim kann von der Beschickungskammer durch die Kanäle in das Rohr eingetragen werden.
Gemäß der Erfindung wird Cyclohexanonoxim in die Reaktionsmischung eingetragen, die Caprolactam, Schwefelsäure und gegebenenfalls SO₃ enthält. Dadurch wird Cyclohexanonoxim durch eine Reckmann-Umlagerung in Caprolactam umgewandelt. Es ist bekannt, dass eine solche Umwandlung nahezu spontan erfolgt.
Die Reaktionsmischung enthält Caprolactam, Schwefelsäure und gegebenenfalls SO₃. Vorzugsweise liegt das als (n_SO3 + n_H2SO4)/n_cap definierte Verhältnis M zwischen 1 und 2,2, insbesondere zwischen 1,1 und 1,9, wobei n_SO3 = Menge an SO₃ in der Reaktionsmischung (in mol), n_H2SO4 = Menge an H₂SO₄ in der Reaktionsmischung (in mol), n_cap = Menge an Caprolactam in der Reaktionsmischung (in mol). Die Reaktionsmischung enthält vorzugsweise SO₃, wobei der SO₃-Gehalt in der Reaktionsmischung vorzugsweise mindestens 1 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 2 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 4 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 6 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 8 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 10 Gew.-% SO₃, und insbesondere mindestens 12 Gew.-% SO₃ beträgt. Aus praktischen Gründen ist der SO₃-Gehalt der Reaktionsmischung ist für gewöhnlich geringer als 20 Gew.-%, zum Beispiel geringer als 18 Gew.-%, zum Beispiel geringer als 17 Gew.-%. Wie hierin verwendet, bezieht sich der SO₃- Gehalt auf das Gewicht von SO₃ relativ zu dem Gewicht der Reaktionsmischung. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt M zwischen 1,0 und 1,4, vorzugsweise zwischen 1,15 und 1,4, wobei der SO₃-Gehalt der Reaktionsmischung mindestens 2 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 4 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 6 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 8 Gew.-% SO₃, insbesondere mindestens 10 Gew.-% SO₃, und insbesondere mindestens 11 Gew.-% SO₃ beträgt. Ein Wert für M zwischen 1,0 und 1,4, vorzugsweise zwischen 1,15 und 1,4, in Kombination mit erhöhten Werten für den SO₃-Gehalt hat den Vorteil, dass relativ geringe Mengen an Ammoniumsulfat während einer folgenden Neutralisierung gebildet werden, während es sich gezeigt hat, dass die Ausbeute mit dem erhöhten SO₃-Gehalt steigt. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Werte für M und die SO₃-Konzentrationen und die Temperatur der Reaktionsmischung insbesondere auf die Werte in der Reaktionsmischung, die nach dem Eintragen des Cyclohexanonoxims in die Reaktionsmischung erhalten werden, insbesondere in der Reaktionsmischung, die aus der Mischvorrichtung austritt.
Die Werte für M und der SO₃-Gehalt können auf jede geeignete Weise ermittelt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren ein kontinuierliches Verfahren, wobei die Reaktionsmischung in Zirkulation gehalten wird, eine Mischung, die Schwefelsäure und SO₃, zum Beispiel Oleum, enthält, oder eine Reaktionsmischung, die Caprolactam, Schwefelsäure und SO₃ enthält, der zirkulierenden Reaktionsmischung zugeführt wird, und ein Teil der zirkulierenden Reaktionsmischung entnommen wird. Die Menge der Mischung, die Schwefelsäure und SO₃ enthält, ihr SO₃-Gehalt und die Menge an Cyclohexanonoxim, die der zirkulierenden Reaktionsmischung zugeführt wird, können so gewählt werden, dass M und der SO₃-Gehalt der Reaktionsmischung die bevorzugten Werte haben. Oleum kann jede geeignete SO₃-Konzentration aufweisen, zum Beispiel 18 bis 35 Gew.-% SO₃.
Die Temperatur in der Reaktionsmischung kann jeden geeigneten Wert haben. Vorzugsweise liegt die Temperatur in der Reaktionsmischung zwischen 50 und 130°C, vorzugsweise zwischen 70 und 120°C.
Der Durchfluss der Reaktionsmischung, die dem Rohr zugeführt wird, und der Durchfluss des Cyclohexanonoxims, das in die Reaktionsmischung eingetragen wird, können jeden geeigneten Wert aufweisen. Vorzugsweise ist das Verhältnis w/W < 0,1, vorzugsweise ist w/W < 0,05, wobei w = Durchfluss (in m³/s) des Cyclohexanonoxims, das in die Reaktionsmischung durch einen oder mehrere Kanäle eingetragen wird, und W = Durchfluss (in m³/s) der Reaktionsmischung, die durch das Rohr geleitet wird. Bei Verwendung geringer Werte für das w/W-Verhältnis zeigte sich, dass die Ausbeute und Reinheit anstiegen. Vorzugsweise ist w/W < 0,04, vorzugsweise ist w/W < 0,03. Es gibt keinen spezifischen unteren Grenzwert für w/W. In der Praxis kann w/W > 0,01 sein.
Die Geschwindigkeit des Cyclohexanonoxims, das in die Reaktionsmischung eingetragen wird, und der Reaktionsmischung können jeden geeigneten Wert haben. Vorzugsweise liegt v/V zwischen 0,1 und 30, wobei v = Geschwindigkeit (in m/s), mit der Cyclohexanonoxim in die Reaktionsmischung eingetragen wird, V = Geschwindigkeit der Reaktionsmischung auf der Höhe, wo die Kanäle in das Rohr einmünden, wobei V als W/A definiert ist, wobei W der Durchfluss (in m³/s) der Reaktionsmischung ist, die in das Rohr eingetragen wird, und A die Querschnittsfläche des Rohrs (in m²) in der Höhe ist, wo die Kanäle in das Rohr einmünden. Das Verhältnis v/V kann < 15 sein, zum Beispiel < 10, zum Beispiel < 5, zum Beispiel < 2, zum Beispiel < 1,8, zum Beispiel < 1,5. Das Verhältnis v/V kann > 0,2 sein, zum Beispiel > 0,5.
Bevorzugte Werte für v/V können auf jede geeignete Weise gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mischvorrichtung einen oder mehrere Verschlüsse auf, wobei einer oder mehrere der Kanäle mit einem Verschluss verschließbar sind. Vorzugsweise ist jeder der Kanäle mit einem Verschluss verschließbar. Ein Verschluss kann jeder geeignete Verschluss sein, mit dem ein Kanal geschlossen und geöffnet werden kann, zum Beispiel ein Stopfen. Vorzugsweise wird ein Verschluss oder Stopfen mit einer Spitze verwendet, die in ihrer Form zu dem Kanal komplementär ist. Vorzugsweise haben die Verschlüsse oder Stopfen eine Spitze, die in ihrer Form zu den Kanälen komplementär ist. Dies ist eine effektive Möglichkeit, einen Kanal zu verschließen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Zirkulationssystem bereitgestellt, das (i) die Mischvorrichtung, (ii) einen Kühler zum Kühlen der Reaktionsmischung, (iii) einen Verbindungskreislauf, durch den die Reaktionsmischung von der Mischvorrichtung zum Kühler und vom Kühler zurück zur Mischvorrichtung strömen kann, aufweist, wobei das Verfahren das Zirkulieren der Reaktionsmischung von der Mischvorrichtung zum Kühler und vom Kühler zurück zu der Mischvorrichtung enthält. Die Reaktionsmischung kann auf jede geeignete Weise in Zirkulation gehalten werden. Vorzugsweise weist das Zirkulationssystem (iv) eine Pumpe zum Halten der Reaktionsmischung in Zirkulation auf. Vorzugsweise ist die Pumpe, in Strömungsrichtung der Reaktionsmischung gesehen, hinter der Mischvorrichtung und vor dem Kühler angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass diese Anordnung das Erreichen einer hohen Reynolds-Zahl erleichtert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren das Sammeln der Reaktionsmischung, die aus dem Rohr austritt, in einem Sammelgefäß auf. In dem Sammelgefäß kann eine zusätzliche Umwandlung des Cyclohexanonoxims stattfinden, wenn nicht das gesamte Cyclohexanonoxim umgewandelt ist. Vorzugsweise ist ein Sammelgefäß bereitgestellt, das so angeordnet ist, dass es die Reaktionsmischung aufnimmt, die aus dem Rohr austritt; und das Verfahren enthält das Sammeln der Reaktionsmischung, die aus dem Rohr austritt, in dem Sammelgefäß. Vorzugsweise weist das Zirkulationssystem das Sammelgefäß auf, wobei das Sammelgefäß vorzugsweise vor der Pumpe, in die Strömungsrichtung der Reaktionsmischung gesehen, liegt. Es hat sich gezeigt, dass dies das Erreichen einer hohen Reynolds-Zahl erleichtert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mischvorrichtung einstellbare Verschlüsse auf, und das Rohr wird an einem in Strömungsrichtung der Reaktionsmischung gesehen hinter den Verschlüssen gelegenen Punkt durch die Wand des Sammelgefäßes geführt. In dieser Ausführungsform werden die Vorteile des Sammelgefäßes erreicht, während es weiterhin möglich ist, die Verschlüsse auf einfache Weise zu betätigen. Daher stellt die Erfindung in einem anderen Aspekt auch ein Gerät bereit, wobei das Gerät (a) eine Mischvorrichtung aufweist, wobei die Mischvorrichtung (i) ein Rohr aufweist, durch das eine erste Flüssigkeit strömen kann, und (ii) um das Rohr herum angeordnete Kanäle, die in das Rohr einmünden, wobei durch diese Kanäle eine zweite Flüssigkeit der ersten Flüssigkeit hinzugefügt werden kann, (iii) einstellbare Verschlüsse, die einem oder mehreren der Kanäle zugeordnet sind; sowie (b) ein Sammelgefäß zum Sammeln der ersten Flüssigkeit, die aus dem Rohr austritt, wobei das Sammelgefäß eine Wand aufweist, wobei das Rohr an einem in Strömungsrichtung der Reaktionsmischung gesehen hinter den Verschlüssen gelegenen Punkt durch die Wand des Sammelgefäßes geführt wird.
Das Rohr kann einen dritten Teil hinter dem zweiten Teil in die Strömungsrichtung gesehen aufweisen, wobei der dritte Teil an den zweiten Teil angeschlossen ist, wobei das Verfahren die Reaktionsmischung enthält, die aus dem zweiten Teil des Rohrs durch den dritten Teil des Rohrs austritt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein kontinuierliches Verfahren.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Verfahren a) das Eintragen von (i) Oleum und (ii) Cyclohexanonoxim in eine erste Reaktionsmischung, die Caprolactam, Schwefelsäure und SO₃ enthält; und b) das Eintragen (iii) eines Teils der ersten Reaktionsmischung und von (iv) Cyclohexanonoxim in eine zweite Reaktionsmischung, die Caprolactam, Schwefelsäure und SO₃ enthält, wobei das Eintragen des Cyclohexanonoxims in die erste Reaktionsmischung und das Eintragen des Cyclohexanonoxims in die zweite Reaktionsmischung gemäß dem Verfahren der Erfindung erfolgt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Verfahren des Weiteren das Eintragen (v) eines Teils der zweiten Reaktionsmischung und von (vi) Cyclohexanonoxim in eine dritte Reaktionsmischung, die Caprolactam, Schwefelsäure und SO₃ enthält, und wobei das Eintragen des Cyclohexanonoxims in die dritte Reaktionsmischung gemäß dem Verfahren der Erfindung erfolgt.
Vorzugsweise werden die erste Reaktionsmischung, die zweite Reaktionsmischung und die dritte Reaktionsmischung in Zirkulation gehalten.
Die erste Reaktionsmischung, die zweite Reaktionsmischung und gegebenenfalls die dritte Reaktionsmischung enthalten Caprolactam, Schwefelsäure und SO₃. Das als (n_SO3 + n_H2SO4)/n_cap definierte molare Verhältnis M, wobei n_SO3 = Menge an SO₃ in der Reaktionsmischung, in mol, n_H2SO4 = Menge an H₂SO₄ in der Reaktionsmischung, in mol, n_cap = Menge an Caprolactam in der Reaktionsmischung, in mol, ist vorzugsweise in jeder Reaktionsmischung anders. Das molare Verhältnis M in der ersten, zweiten und dritten Reaktionsmischung wird, wie hierin verwendet, als M(1), M(2) beziehungsweise M(3) bezeichnet. Die Konzentration von SO₃ in der ersten, zweiten und dritten Reaktionsmischung wird, wie hierin verwendet, als C_SO3(1), C_SO3(2) und C_SO3(3) bezeichnet. Wie hierin verwendet, wird die SO₃-Konzentration in Gew.-% relativ zu dem Gewicht der Reaktionsmischung angegeben. Die Temperatur in der ersten, zweiten und dritten Reaktionsmischung wird, wie hierin verwendet, als T(1), T(2) beziehungsweise T(3) bezeichnet. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Werte für M, die SO₃-Konzentration und die Temperatur insbesondere auf den Wert in der Reaktionsmischung, der nach dem Eintrag des Cyclohexanonoxims in die Reaktionsmischung erhalten wurde, insbesondere in die Reaktionsmischung, die aus der Mischvorrichtung austritt.
Bevorzugte Werte für M und die SO₃-Konzentration können durch einen Eintrag von Cyclohexanonoxim in verschiedenen Stufen in passenden Mengen und durch Anwenden geeigneter Mengen an Oleum der passenden SO₃-Konzentration erhalten werden.
Vorzugsweise ist M(2) niedriger als M(1). Vorzugsweise ist M(3) niedriger als M(2).
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt M(1) zwischen 1,2 und 2,2, vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,85, insbesondere zwischen 1,5 und 1,7. Vorzugsweise liegt C_SO3(1) zwischen 3 und 20 Gew.-%, ist vorzugsweise höher als 4 Gew.-%, vorzugsweise höher als 6 Gew.-%, insbesondere höher als 8 Gew.-%, insbesondere höher als 10 Gew.-%, und insbesondere höher als 12 Gew.-%. Erhöhte Werte für C_SO3(1) haben den Vorteil, dass C_SO3(2) in der zweiten Reaktionsmischung hoch gehalten werden, ohne Oleum der zweiten Reaktionsmischung beizugeben. C_SO3(1) kann geringer als 18 Gew.-% sein, vorzugsweise geringer als 17 Gew.-%. Vorzugsweise liegt T(1) zwischen 50 und 130°C, vorzugsweise zwischen 70 und 130°C, insbesondere zwischen 70 und 120°C.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt M(2) zwischen 1,0 und 1,6, ist vorzugsweise höher als 1,1, insbesondere höher als 1,2 vorzugsweise geringer als 1,5, insbesondere geringer als 1,4. Vorzugsweise liegt C_SO3(2) zwischen 0,5 und 20 Gew.-%, ist vorzugsweise höher als 1 Gew.-%, insbesondere höher als 2 Gew.-%, insbesondere höher als 4 Gew.-%, insbesondere höher als 6 Gew.-%, insbesondere höher als 8 Gew.-%, insbesondere höher als 10 Gew.-% und insbesondere höher als 12 Gew.-%. Erhöhte Konzentrationen für C_SO3(2) innerhalb der obengenannten Bereiche für M(2) ergaben überraschend signifikant höhere Ausbeuten. Vorzugsweise liegt T(2) zwischen 70 und 130°C, vorzugsweise zwischen 80 und 130°C, insbesondere zwischen 80 und 120°C.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt M(3) zwischen 1,0 und 1,4, ist vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,35, insbesondere zwischen 1,15 und 1,35. Vorzugsweise liegt C_SO3(3) zwischen 0,5 und 18 Gew.-%, ist vorzugsweise höher als 1 Gew.-%, vorzugsweise höher als 2 Gew.-%, insbesondere höher als 4 Gew.-%, insbesondere höher als 6 Gew.-%, insbesondere höher als 8 Gew.-%, insbesondere höher als 10 Gew.-% und insbesondere höher als 12 Gew.-%. Erhöhte Konzentrationen für C_SO3(2) innerhalb der obengenannten Bereiche für M(3) ergaben überraschend signifikant höhere Ausbeuten. Vorzugsweise liegt T(3) zwischen 70 und 130°C, vorzugsweise zwischen 80 und 130°C, insbesondere zwischen 80 und 120°C.
Oleum kann in eine Reaktionsmischung auf jede passende Weise eingetragen werden. Vorzugsweise wird das gesamte verwendete Oleum in die erste Reaktionsmischung eingetragen. Vorzugsweise ist die Menge an Cyclohexanonoxim, die in die erste Reaktionsmischung eingetragen wird, größer als die Menge an Cyclohexanonoxim, die in die zweite Reaktionsmischung eingetragen wird, und, falls zutreffend, ist vorzugsweise die Menge an Cyclohexanonoxim, die in die zweite Reaktionsmischung eingetragen wird, größer als die Menge an Cyclohexanonoxim, die in die dritte Reaktionsmischung eingetragen wird. Vorzugsweise werden 60 bis 95 Gew.-% der Gesamtmenge an Cyclohexanonoxim, die in die erste, zweite, und, falls zutreffend, dritte Reaktionsmischung eingetragen wird, in die erste Reaktionsmischung eingetragen. Vorzugsweise werden 5 bis 40 Gew.-% der Gesamtmenge an Cyclohexanonoxim, die in die erste, zweite, und, falls anwendbar, dritte Reaktionsmischung eingetragen wird, in die zweite Reaktionsmischung eingetragen. Falls zutreffend, werden vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-% der Gesamtmenge an Cyclohexanonoxim, die in die erste, zweite, und, falls anwendbar, dritte Reaktionsmischung eingetragen wird, in die dritte Reaktionsmischung eingetragen.
Vorzugsweise wird ein Volumenteil von Cyclohexanonoxim kontinuierlich in mindestens 10 Volumenteile, insbesondere mindestens 20 Volumenteile der Reaktionsmischung eingeleitet.
Vorzugsweise gilt w1/W1 < 0,01, vorzugsweise w1/W1 < 0,05. Vorzugsweise gilt w2/W2 < 0,01, vorzugsweise w2/W2 < 0,05. Vorzugsweise gilt w3/W3 < 0,01, vorzugsweise w3/W3 < 0,05, wobei w1, w2, w3 Durchfluss (in m³/s) des Cyclohexanonoxims, das durch einen oder mehrere erste Kanäle, zweite Kanäle beziehungsweise dritte Kanäle eingetragen wird; und W1, W2, W3 = Durchfluss (in m³/s) der Reaktionsmischung, die durch das erste Rohr, zweite Rohr beziehungsweise dritte Rohr geleitet wird.
Ein kontinuierliches Verfahren gemäß der Erfindung beinhaltet vorzugsweise das Eintragen eines Teils der ersten Reaktionsmischung in die zweite Reaktionsmischung. Ein kontinuierliches Verfahren gemäß der Erfindung beinhaltet vorzugsweise das Entnehmen eines Teils der zweiten Reaktionsmischung. Ein kontinuierliches Verfahren gemäß der Erfindung kann vorzugsweise das Eintragen eines Teils der zweiten Reaktionsmischung in die dritte Reaktionsmischung beinhalten. Ein kontinuierliches Verfahren gemäß der Erfindung kann vorzugsweise das Entnehmen eines Teils von der dritten Reaktionsmischung beinhalten.
Ein Teil der zweiten Reaktionsmischung und/oder der dritten Reaktionsmischung kann in jeder geeigneten Weise entnommen werden. Caprolactam kann aus der zweiten oder dritten Reaktionsmischung durch bekannte Methoden gewonnen werden, zum Beispiel durch Neutralisierung mit Ammoniak und Reinigen der erhaltenen, Caprolactam enthaltenden wässrigen Phase.
Gemäß der Erfindung wird Cyclohexanonoxim in die Reaktionsmischung eingetragen. Das Cyclohexanonoxim, das in die Reaktionsmischung eingetragen wird, kann Wasser enthalten, zum Beispiel weniger als 7 Gew.-%. Vorzugsweise hat das Cyclohexanonoxim, das in die Reaktionsmischung eingetragen wird, einen Wassergehalt von weniger als 2 Gew.-%, insbesondere weniger als 1 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,2 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,1 Gew.-%. Das Eintragen von Cyclohexanonoxim mit einem niederen Wassergehalt ist vorteilhaft, da es eine effektive Möglichkeit ist, eine Reaktionsmischung mit einem hohen SO₃-Gehalt zu erhalten.
Eine Möglichkeit, Cyclohexanonoxim mit einem Wassergehalt von weniger als 2 Gew.-% zu erhalten, ist das Trocknen von Cyclohexanonoxim mit hohem Wassergehalt zum Beispiel mit inertem Gas. Eine bevorzugte Möglichkeit, Cyclohexanonoxim mit einem Wassergehalt von weniger als 2 Gew.-% zu erhalten, ist ein Verfahren, in dem Cyclohexanonoxim erhalten wird durch

a) Herstellen eines organischen Mediums, das Cyclohexanonoxim gelöst in einem organischen Lösemittel enthält, und
b) Abtrennen des Cyclohexanonoxims von dem organischen Medium durch Destillation.

Die Herstellung eines organischen Mediums, das Cyclohexanonoxim gelöst in einem organischen Lösemittel enthält, erfolgt vorzugsweise durch In-Kontakt-Bringen eines Stroms einer Lösung von Cyclohexanon in einem organischen Lösemittel, das auch ein Lösemittel für Cyclohexanonoxim ist, in einer Reaktionszone im Gegenstrom mit einem Strom einer phosphatgepufferten wässrigen Lösung aus Hydroxylammonium; und Entnehmen aus der Reaktionszone eines organischen Mediums aus Cyclohexanonoxim gelöst in dem organischen Lösemittel. Besonders geeignete organische Lösemittel zur Verwendung in dem Verfahren zur Herstellung von Cyclohexanonoxim sind Toluol und Benzol. Vorzugsweise wird Toluol als organisches Lösemittel verwendet. Das phosphatgepufferte wässrige Reaktionsmedium wird vorzugsweise kontinuierlich zwischen einer Hydroxylammonium-Synthesezone und einer Cyclohexanonoxim-Synthesezone im Kreislauf geführt. In der Hydroxylammonium-Synthesezone wird Hydroxylammonium durch katalytische Reaktion von Nitrationen oder Stickoxid mit Wasserstoff gebildet. In der Cyclohexanonoxim-Synthesezone reagiert Hydroxylammonium, das in der Hydroxylammonium-Synthesezone gebildet wurde, mit Cyclohexanon zur Bildung von Cyclohexanonoxim. Das Cyclohexanonoxim kann dann von dem wässrigen Reaktionsmedium abgetrennt werden, das zu der Hydroxylammonium-Synthesezone zurückgeführt wird. Ein organisches Medium, das das gebildete Cyclohexanonoxim gelöst in dem organischen Lösemittel enthält, wird aus der Reaktionszone entnommen und destilliert, um Cyclohexanonoxim mit einem Wassergehalt von weniger als 1 Gew.-% und sogar weniger als 0,1 Gew.-% zu gewinnen.
Die Gewinnung von Caprolactam aus der erhaltenen Reaktionsmischung kann durch bekannte Methoden erfolgen. Vorzugsweise wird die Reaktionsmischung, die in der letzten Stufe der Reckmann-Umlagerung erhalten wird, mit Ammoniak in Wasser neutralisiert und das derart gebildete Ammoniumsulfat wird von der Caprolactamlösung entfernt. Die Caprolactamlösung kann durch bekannte Prozeduren gereinigt werden.
Die Erfindung erfolgt in einem Gerät, das eine Mischvorrichtung zum Beimischen von Cyclohexanonoxim zu der Reaktionsmischung enthält, wobei die Mischvorrichtung (i) ein Rohr aufweist, durch das die Reaktionsmischung strömen kann, und (ii) um das Rohr herum angeordnete Kanäle, die in das Rohr einmünden, wobei durch diese Kanäle Cyclohexanonoxim in die Reaktionsmischung eingetragen werden kann; einen Kühler zum Kühlen der Reaktionsmischung; eine Pumpe (C); und einen Verbindungskreislauf, durch den die Reaktionsmischung, die aus der Mischvorrichtung austritt, von der Mischvorrichtung zur Pumpe, von der Pumpe zum Kühler (D) und vom Kühler zurück zur Mischvorrichtung strömen kann. Es hat sich gezeigt, dass, wenn die Pumpe nach der Mischvorrichtung und vor dem Kühler angeordnet ist, die Reynolds-Zahl gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise erreicht wird.
Zwischen der Mischvorrichtung und dem Verbindungskreislauf kann das Gerät auch ein Sammelgefäß (B) aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass, insbesondere wenn der Auslass für die Reaktionsmischung, die durch den Verbindungskreislauf zu dem Kühler geleitet wird, sich in dem unteren Teil des Sammelgefäßes befindet, z.B. unter 50% der Höhe des Sammelgefäßes, die Reynolds-Zahl gemäß Erfindung in vorteilhafter Weise erreicht wird.
Vorzugsweise weist die Mischvorrichtung einen oder mehrere Verschlüsse auf, wobei einer oder mehrere der Kanäle mit einem Verschluss verschließbar sind, und das Rohr erstreckt sich durch die Wand des Sammelgefäßes, so dass sich die Verschlüsse noch außerhalb des Sammelgefäßes befinden. Dies erleichtert die Verwendung der Verschlüsse.
Vorzugsweise verengt sich das Rohr, in die Strömungsrichtung gesehen, in einem ersten Teil zu einem Hals und das Rohr erweitert sich gegebenenfalls hinter dem Hals in einen zweiten Teil. Auch dies erleichtert das Erreichen einer hohen Reynolds-Zahl gemäß der Erfindung.
Das Verfahren zur Herstellung von Caprolactam kann auch in einem Gerät ausgeführt werden, welches Folgendes aufweist:

a) ein erstes Zirkulationssystem, um eine erste Reaktionsmischung in Zirkulation zu halten, wobei das erste Zirkulationssystem eine erste Mischvorrichtung zum Beimischen von Cyclohexanonoxim zu der ersten Reaktionsmischung aufweist, wobei die erste Mischvorrichtung aufweist: (a1) ein erstes Rohr, durch das die erste Reaktionsmischung strömen kann; (a2) erste Kanäle, die um das erste Rohr angeordnet sind, wobei Cyclohexanonoxim durch die ersten Kanäle in die erste Reaktionsmischung eingetragen werden kann, wobei die ersten Kanäle in das erste Rohr einmünden; und (a3) einen oder mehrere erste Verschlüsse, wobei ein erster Kanal oder mehrere der ersten Kanäle mit einem ersten Verschluss verschließbar sind; und
b) ein zweites Zirkulationssystem, um eine zweite Reaktionsmischung in Zirkulation zu halten, wobei das zweite Zirkulationssystem eine zweite Mischvorrichtung zum Beimischen von Cyclohexanonoxim zu der zweiten Reaktionsmischung aufweist, wobei die zweite Mischvorrichtung aufweist: (b1) ein zweites Rohr, durch das die zweite Reaktionsmischung strömen kann; (b2) zweite Kanäle, die um das zweite Rohr angeordnet sind, wobei Cyclohexanonoxim durch die zweiten Kanäle in die zweite Reaktionsmischung eingetragen werden kann, wobei die zweiten Kanäle in das zweite Rohr einmünden; und (b3) einen oder mehrere zweite Verschlüsse, wobei ein zweiter Kanal oder mehrere der zweiten Kanäle mit einem zweiten Verschluss verschließbar sind.

Dadurch werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bereitgestellt, da Mischbedingungen für jede Stufe gewählt werden können.
In einer solchen bevorzugten Ausführungsform kann das Gerät des Weiteren aufweisen:

c) ein drittes Zirkulationssystem, um eine dritte Reaktionsmischung in Zirkulation zu halten, wobei das dritte Zirkulationssystem eine dritte Mischvorrichtung zum Beimischen von Cyclohexanonoxim zu der dritten Reaktionsmischung aufweist, wobei die dritte Mischvorrichtung aufweist: (c1) ein drittes Rohr, durch das die dritte Reaktionsmischung strömen kann; (c2) dritte Kanäle, die um das dritte Rohr angeordnet sind, wobei Cyclohexanonoxim durch die dritten Kanäle in die dritte Reaktionsmischung eingetragen werden kann, wobei die dritten Kanäle in das dritte Rohr einmünden; und (c3) einen oder mehrere dritte Verschlüsse, wobei ein dritter Kanal oder mehrere der dritten Kanäle mit einem dritten Verschluss verschließbar sind.

In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen von Caprolactam bereit, wobei das Verfahren Folgendes enthält:

a) Hindurchleiten einer ersten Reaktionsmischung durch das erste Rohr und Halten der ersten Reaktionsmischung in Zirkulation, wobei die erste Reaktionsmischung Caprolactam, Schwefelsäure und SO₃ enthält;
b) Eintragen von Cyclohexanonoxim in die erste Reaktionsmischung durch die ersten Öffnungen,
c) Hindurchleiten einer zweiten Reaktionsmischung durch das zweite Rohr und Halten der zweiten Reaktionsmischung in Zirkulation, wobei die zweite Reaktionsmischung Caprolactam, Schwefelsäure und freies SO₃ enthält;
d) Eintragen von Cyclohexanonoxim und eines Teils der ersten Reaktionsmischung in die zweite Reaktionsmischung, wobei das Cyclohexanonoxim in die zweite Reaktionsmischung durch die zweiten Öffnungen eingetragen wird.

Vorzugsweise enthält das Verfahren:

e) Hindurchleiten einer dritten Reaktionsmischung durch das dritte Rohr und Halten der dritten Reaktionsmischung in Zirkulation, wobei die dritte Reaktionsmischung Caprolactam, Schwefelsäure und freies SO₃ enthält.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen beschrieben.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform zum Ausführen des Verfahrens gemäß der Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 wird die Reaktionsmischung in die Richtung des Pfeils in einem Zirkulationssystem, das eine Mischvorrichtung A, ein Sammelgefäß B, eine Pumpe C und einen Kühler D aufweist, in Zirkulation gehalten. Die Mischvorrichtung A weist das Rohr auf, das in das Sammelgefäß B einmündet. Der Mischvorrichtung A werden die Reaktionsmischung über Leitung 1 und Cyclohexanonoxim über Leitung 2 zugeführt. Die Reaktionsmischung, die aus der Mischvorrichtung A austritt, wird in Sammelgefäß B gesammelt. Ein Teil der Reaktionsmischung wird dem Sammelgefäß B über Leitung 4 entnommen. Ein weiterer Teil der Reaktionsmischung wird dem Sammelgefäß B über Leitung 5 entnommen und gemeinsam mit Oleum (oder einer Reaktionsmischung, die einem anderen Zirkulationssystem entnommen wird), das über Leitung 3 zugeführt wird, zu der Pumpe C geleitet. Die Reaktionsmischung, die aus der Pumpe C austritt, gelangt über Leitung 6 in den Kühler D und wird über Leitung 1 zur Mischvorrichtung A zurückgeführt.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Mischvorrichtung. Die Mischvorrichtung A, wie in 2 dargestellt, weist ein zylindrisches Rohr 101 auf, das sich in einem ersten Teil 101a zu einem Hals 101b (Durchmesser D) verengt, und sich hinter dem Hals 101b in einen zweiten Tel 101c erweitert. Der zweite Teil 101c des Rohrs ist an einen dritten Teil 102 angeschlossen. Kanäle 103, die mit der Beschickungskammer 104 in Verbindung stehen, münden in das Rohr 101 ein. Cyclohexanonoxim wird über die Beschickungskammer 104 zugeleitet und in die Reaktionsmischung durch Kanäle 103 eingetragen. Die Mischvorrichtung weist Verschlüsse 105 auf, mit welchen Kanäle 103 unabhängig geöffnet und geschlossen werden können.
Das Rohr mündet in das Sammelgefäß B mit Wänden 110. Die Mischvorrichtung weist auch eine Prallfläche 106 gegenüber der Ausmündung des Rohrs 101 auf. Auslässe 111 und 112 entsprechen den Verbindungen zu Leitung 4 beziehungsweise 5, wie in 1 dargestellt ist.
3 zeigt einen bevorzugten Aufbau für eine Umlagerung in drei Stufen, der ein erstes Zirkulationssystem, ein zweites Zirkulationssystem und ein drittes Zirkulationssystem aufweist. Das erste Zirkulationssystem weist eine Mischvorrichtung A1, ein Sammelgefäß B1, eine Pumpe C1 und einen Kühler D1 auf, und eine erste Reaktionsmischung wird über Leitung 1 in Zirkulation gehalten. Das zweite Zirkulationssystem weist eine Mischvorrichtung A2, ein Sammelgefäß B2, eine Pumpe C2 und einen Kühler D2 auf, und eine zweite Reaktionsmischung wird über Leitung 11 in Zirkulation gehalten. Das dritte Zirkulationssystem weist eine Mischvorrichtung A3, ein Sammelgefäß B3, eine Pumpe C3 und einen Kühler D3 auf, und eine dritte Reaktionsmischung wird über Leitung 21 in Zirkulation gehalten. Cyclohexanonoxim und Oleum werden in die erste Reaktionsmischung über Leitung 2 beziehungsweise Leitung 3 eingetragen. Ein Teil der ersten Reaktionsmischung wird dem Sammelgefäß B1 über Leitung 4 entnommen und in die zweite Reaktionsmischung eingetragen. Cyclohexanonoxim wird in die zweite Reaktionsmischung über Leitung 12 eingetragen. Ein Teil der zweiten Reaktionsmischung wird dem Sammelgefäß B2 über Leitung 14 entnommen und in die dritte Reaktionsmischung eingetragen. Cyclohexanonoxim wird zu der dritten Reaktionsmischung über Leitung 22 geleitet. Ein Teil der dritten Reaktionsmischung wird dem Sammelgefäß B3 über Leitung 24 entnommen. Das Verfahren wird kontinuierlich ausgeführt.
Die folgenden spezifischen Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung der übrigen Offenbarung.
Vergleichendes Experiment und Beispiele
In dem vergleichenden Experiment und dem Beispiel wurde die Ausbeute von Caprolactam (Menge an Caprolactam, die pro Menge an in die Reaktionsmischung eingetragenem Cyclohexanonoxim gebildet wurde) wie folgt bestimmt. Proben wurden am Auslass 111 entnommen. Einem ersten Teil (0,2 g) jeder Probe wurde konzentrierte Schwefelsäure (20 ml, 96 Gew.-%) hinzugefügt wie auch 15 g K₂SO₄ und 0,7 HgO. Der Stickstoffgehalt der erhaltenen sauren Mischung wurde unter Verwendung der Kjeldahl-Methode bestimmt, woraus die molare Konzentration von Stickstoff in dem ersten Teil der Probe (TN) berechnet wurde. Ein zweiter Teil jeder Probe wird mit Chloroform extrahiert. Dieses Verfahren beruht auf der Tatsache, dass Caprolactam in die Chloroform-Phase eintritt. Die Unreinheiten bleiben in der Wasserphase. Die extrahierte wässrige Phase wird durch die Kjeldahl-Methode auf ihren Stickstoffgehalt analysiert, aus welchem die molare Konzentration von Stickstoff im zweiten Teil der Probe (RN) berechnet wurde. Die Ausbeute wird wie folgt berechnet:
Die Extinktion bei 290 nm (E₂₉₀ nm), die als Qualitätsspezifikation des erhaltenen Caprolactams verwendet wurde, wurde wie folgt bestimmt:
Die Reaktionsmischung, die aus dem Auslass 111 austrat, wurde mit Ammoniak neutralisiert und die erhaltene, Caprolactam enthaltende wässrige Phase wurde abgetrennt. Die Extinktion der abgetrennten, Caprolactam enthaltenden wässrigen Phase wurde bei einer Wellenlänge von 290 nm unter Verwendung einer 1 cm Küvette (berechnet für eine 70 Gew.-% Caprolactamlösung) gemessen.
Vergleichendes Experiment A
Es wurde ein Aufbau wie in 1 und 2 dargestellt verwendet. Die Mischvorrichtung hatte die folgenden Dimensionen: Rohrdurchmesser vor der Verengung 101a: 2600 mm, Winkel α: 17°; Halsdurchmesser 101b: 100 mm; Winkel β: 11°. Die Prallfläche 106 wurde nicht angewendet. Die zirkulierende Reaktionsmischung enthielt 7 Gew.-% SO₃, M betrug 1,6 (gemessen in dem Sammelgefäß B). Die Viskosität der Reaktionsmischung, die in den Mischer eingetragen wurde, betrug 0,18 Pa·s, die Dichte 1400 kg/m³. Die Temperatur in dem Sammelgefäß betrug 115°C. Die Temperatur in der Reaktionsmischung, die aus dem Kühler austrat und in den Mischer eingetragen wurde, betrug 75°C. Der Durchfluss der Reaktionsmischung betrug 73 m³ pro Stunde, entsprechend einer Geschwindigkeit von 2,5 m/s. Die erhaltene Reynolds-Zahl in dem Hals ist 2000. Die Mischvorrichtung war mit 12 Kanälen (Durchmesser 3 mm) versehen. Cyclohexanonoxim wurde durch 3 Kanäle eingetragen (9 Kanäle waren in der geschlossenen Position). Der Durchfluss des Cyclohexanonoxims war 3 t/h (ρ = 850 kg/m³).
Die Ausbeute betrug 95 Gew.-%. Die E₂₉₀ betrug 6,3.
Beispiel 1
Das vergleichende Experiment A wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass der Hals der Mischvorrichtung einen Durchmesser von 51 mm hatte. Die anderen Dimensionen des Mischers, einschließlich Winkel α: 17° und Winkel β: 11°, waren dieselben. Der Durchfluss der Reaktionsmischung betrug 82 m³ pro Stunde, entsprechend einer Geschwindigkeit von 11,4 m/s. Die Temperatur in der Reaktionsmischung, die aus dem Kühler austrat und in den Mischer eingetragen wurde, betrug 82°C (Viskosität 0,12 Pa·s). Die Reynolds-Zahl ist 6800. Die Ausbeute wurde mit 96,7% bestimmt. Die E₂₉₀ betrug 3,3. Dieses Beispiel zeigt, dass eine Erhöhung der Reynolds-Zahl von 2000 auf 6800 zu einer erhöhten Ausbeute und einer erhöhten Reinheit führt.
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass der Durchfluss der Reaktionsmischung von 83 m³/s auf 300 m³/s erhöht wurde und dass Cyclohexanonoxim durch 8 Kanäle zugeleitet wurde (4 der Kanäle waren in der geschlossenen Position), der Durchfluss des Cyclohexanonoxims war 8 t/h. Die Kühlung war derart angeordnet, dass die Temperatur in dem Sammelgefäß bei 115°C gehalten wurde. Die erhaltene Geschwindigkeit der Reaktionsmischung im Hals betrug 41 m/s, entsprechend einer Reynolds-Zahl von 29200. Die Ausbeute wurde mit 99,5% bestimmt. Die E₂₉₀ betrug 0,43. Dieses Beispiel zeigt, dass eine weitere Erhöhung der Reynolds-Zahl von 6800 auf 29200 zu einer erhöhten Ausbeute und einer erhöhten Reinheit führt.
Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Ergebnisse. Tabelle 1

Re V v v/V Ausbeute E₂₉₀

Vergleich A 2000 2,5 m/s 23 m/s 9 95% 6,3

Beispiel 1 6800 11,4 m/s 46,2 m/s 4 96,7% 3,3

Beispiel 2 29200 41 m/s 46,2 m/s 1,1 99,5% 0,43

Claims

Verfahren zur Herstellung von Caprolactam durch Beimischen von Cyclohexanonoxim zu einer Caprolactam und Schwefelsäure enthaltenden Reaktionsmischung unter Verwendung einer Mischvorrichtung mit (i) einem Rohr, durch das die Reaktionsmischung strömen kann, und (ii) um das Rohr herum angeordneten Kanälen, die in das Rohr einmünden, bei dem man: die Reaktionsmischung durch das Rohr leitet und das Cyclohexanonoxim durch einen oder mehrere der Kanäle in die Reaktionsmischung einträgt, worin Re > 5000 ist, wobei Re die durch ρ·V·D/η definierte Reynolds-Zahl ist, wobei ρ = Dichte (in kg/m³) der in das Rohr eingetragenen Reaktionsmischung V = Geschwindigkeit der Reaktionsmischung, wobei V als W/A definiert ist, wobei W für den Durchfluß (in m³/s) der in das Rohr eingetragenen Reaktionsmischung steht und A für die Querschnittsfläche des Rohrs (in m²) auf der Höhe, auf der die Kanäle in das Rohr einmünden, steht, D = Durchmesser des Rohrs auf der Höhe, auf der die Kanäle in das Rohr einmünden (in m), η = Viskosität der in das Rohr eingetragenen Reaktionsmischung (in Pa·s).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Re > 10.000 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Verhältnis w/W < 0,05 ist, wobei w = Durchfluß (in m³/s) des durch den Kanal bzw. die Kanäle in die Reaktionsmischung eingetragenen Cyclohexanonoxims und W = Durchfluß (in m³/s) der durch das Rohr geleiteten Reaktionsmischung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Verhältnis v/V zwischen 0,1 und 20 liegt, wobei v = Geschwindigkeit (in m/s), mit der Cyclohexanonoxim in die Reaktionsmischung eingetragen wird, V = Geschwindigkeit der Reaktionsmischung auf der Höhe, auf der die Kanäle in das Rohr einmünden, wobei V als W/A definiert ist, wobei W für den Durchfluß (in m³/s) der in das Rohr eingetragenen Reaktionsmischung steht und A für die Querschnittsfläche des Rohrs (in m²) auf der Höhe, auf der die Kanäle in das Rohr einmünden, steht.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem v/V zwischen 0,2 und 1,8 liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Mischvorrichtung einen oder mehrere Verschlüsse aufweist, wobei einer oder mehrere der Kanäle mit einem Verschluss verschließbar sind, und bei dem man v/V durch Einstellung der Zahl der Kanäle, die mit den Verschlüssen verschlossen sind, auswählt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Rohr, in Strömungsrichtung gesehen, sich in einem ersten Teil zu einem Hals verengt und sich gegebenenfalls hinter dem Hals in einem zweiten Teil erweitert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Zirkulationssystem bereitgestellt wird, das (i) die Mischvorrichtung, (ii) einen Kühler zum Kühlen der Reaktionsmischung, (iii) einen Verbindungskreislauf, durch den die Reaktionsmischung von der Mischvorrichtung zum Kühler und vom Kühler zurück zur Mischvorrichtung strömen kann, und (iv) eine Pumpe zum Halten der Reaktionsmischung in Zirkulation, wobei die Pumpe, in Strömungsrichtung der Reaktionsmischung gesehen, hinter der Mischvorrichtung und vor dem Kühler angeordnet ist, aufweist, und bei dem man die Reaktionsmischung von der Mischvorrichtung zum Kühler und vom Kühler zurück zur Mischvorrichtung zirkuliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem man die aus dem Rohr austretende Reaktionsmischung in einem Sammelgefäß sammelt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Mischvorrichtung einstellbare Verschlüsse aufweist und das Rohr an einem in Strömungsrichtung der Reaktionsmischung gesehen hinter den Verschlüssen gelegenen Punkt durch die Wand des Sammelgefäßes geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das als (n_SO3 + n_H2SO4)/n_cap definierte Verhältnis M zwischen 1 und 2,2 liegt, wobei n_SO3 = Menge an SO₃ in der Reaktionsmischung, in mol n_H2SO4 = Menge an H₂SO₄ in der Reaktionsmischung, in mol n_cap = Menge an Caprolactam in der Reaktionsmischung, in mol.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Reaktionsmischung SO₃ enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der SO₃-Gehalt in der Reaktionsmischung mindestens 2 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Temperatur der Reaktionsmischung zwischen 50 und 130°C liegt.