KR20010052680A - Separation of Epsilon Caprolactam from Isomers - Google Patents

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KR20010052680A
KR20010052680A KR1020007013928A KR20007013928A KR20010052680A KR 20010052680 A KR20010052680 A KR 20010052680A KR 1020007013928 A KR1020007013928 A KR 1020007013928A KR 20007013928 A KR20007013928 A KR 20007013928A KR 20010052680 A KR20010052680 A KR 20010052680A
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epsilon caprolactam
caprolactam
ethyl
pyrrolidinone
adsorbent
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Korean (ko)
Inventor
제이핑거레트 밀러
죠지어니스트2세 켈러
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조셉 에스. 바이크
유니온 카바이드 케미칼즈 앤드 플라스틱스 테크날러지 코포레이션
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D201/00Preparation, separation, purification or stabilisation of unsubstituted lactams
    • C07D201/16Separation or purification

Abstract

본 발명은 4-에틸-2-피롤리디논(4-ethyl-2-pyrrolidinone), 5-메틸-2-피페르디논(5-methyl-2-piperdinone), 3-에틸-2-피롤리디논(3-ethyl-2- pyrrolidinone), 및 3-메틸-2-피페르디논(3-methyl-2-piperdinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진(octahydrophenazine)과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 공급 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 흡착제와 상기 혼합물을 흡착조건하에서 접촉시키는 단계, 상기 입실론 카프로락탐을 실질적으로 배제시키기 위하여 상기 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진을 선택적으로 흡착시키는 단계, 흡착제와의 접촉으로부터 공급 혼합물의 비흡착 부분을 제거하는 단계, 및 고순도 입실론 카프로락탐을 회수하는 단계로 이루어진다. 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진은 탈착조건 하에서 탈착되어 회수될 수 있다. 상기 방법은 이동 베드(moving bed) 또는 이동 베드 모의 실험기술을 사용하여 회분식, 반회분식, 또는 연속식으로 행해질 수 있다.The present invention is 4-ethyl-2-pyrrolidinone (4-ethyl-2-pyrrolidinone), 5-methyl-2-piperdinone (5-methyl-2-piperdinone), 3-ethyl-2-pyrrolidinone One or more epsilon caprolactam isomers or octahydrophenazines selected from the group consisting of (3-ethyl-2-pyrrolidinone), and 3-methyl-2-piperdinone A method for separating epsilon caprolactam from a feed mixture consisting of and epsilon caprolactam, the method comprising contacting an adsorbent with the mixture under adsorption conditions, wherein the epsilon caprolactam is used to substantially exclude the epsilon caprolactam. Selectively adsorbing the isomer or octahydrophenazine, removing the nonadsorbed portion of the feed mixture from contact with the adsorbent, and recovering the high purity epsilon caprolactam It is broken. The epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine can be desorbed and recovered under desorption conditions. The method can be carried out batchwise, semibatch, or continuously using a moving bed or moving bed simulation technique.

Description

이성체로부터 입실론 카프로락탐을 분리하는 방법{Separation of Epsilon Caprolactam from Isomers}Separation of Epsilon Caprolactam from Isomers

입실론 카프로락탐은 나일론 6과 같은 물질의 제조에 있어서 유용한 중간물질이다. 입실론 카프로락탐을 제조하는 데에 사용되고 있는 방법들은 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논과 같은 이성체 부산물을 생성시키며, 이 중 어떤 물질은 카프로락탐과 비교하여 10 mmHg(절대기압)에서의 증기압 차이가 1 ℃ 이하이다. 증류와 같은 일반적인 분리방법은 이러한 혼합물에서는 효과적이지 못하다. 따라서, 고순도의 입실론 카프로락탐을 제공하기 위하여 이들의 이성체 부산물로부터 입실론 카프로락탐을 분리하는 것이 바람직하다.Epsilon caprolactam is a useful intermediate in the manufacture of materials such as nylon 6. The methods used to prepare epsilon caprolactam are 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-py. It produces isomeric byproducts such as ferdinone, some of which have a vapor pressure difference of less than 1 ° C. at 10 mmHg (absolute atmospheric pressure) compared to caprolactam. Common separation methods, such as distillation, are not effective in such mixtures. Thus, it is desirable to separate epsilon caprolactam from their isomeric byproducts to provide high purity epsilon caprolactam.

본 발명은 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 부가 탄화수소와 입실론 카프로락탐으로 이루어진 공급 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention provides at least one selected from the group consisting of 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone. A method for separating epsilon caprolactam from a feed mixture consisting of additional hydrocarbons and epsilon caprolactam.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명은 한편으로는 4-에틸-2-피롤리디논(4-ethyl-2-pyrrolidinone), 5-메틸-2-피페르디논(5-methyl-2-piperdinone), 3-에틸-2-피롤리디논(3-ethyl-2- pyrrolidinone), 및 3-메틸-2-피페르디논(3-methyl-2-piperdinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진(octahydrophenazine)과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 공급 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 흡착제와 상기 혼합물을 흡착조건하에서 접촉시키는 단계, 상기 입실론 카프로락탐을 실질적으로 제외시키기 위하여 상기 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진을 선택적으로 흡착시키는 단계, 흡착제와의 접촉으로부터 공급 혼합물의 비흡착 부분을 제거하는 단계, 및 고순도 입실론 카프로락탐을 회수하는 단계로 이루어진다. 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진은 탈착조건 하에서 탈착시켜 회수될 수 있다. 상기 방법은 이동 베드(moving bed) 또는 이동 베드 모의 실험기술(simulated moving bed technologies)을 사용하여 회분식, 반회분식, 또는 연속식으로 행해질 수 있다.The present invention on the one hand 4-ethyl-2-pyrrolidinone (4-ethyl-2-pyrrolidinone), 5-methyl-2-piperidinone (5-methyl-2-piperdinone), 3-ethyl-2- One or more epsilon caprolactam isomers or octahydrophenazines selected from the group consisting of 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperdinone A method for separating epsilon caprolactam from a feed mixture consisting of (octahydrophenazine) and epsilon caprolactam, the method comprising contacting an adsorbent with the mixture under adsorption conditions, in order to substantially exclude the epsilon caprolactam Selectively adsorbing the epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine, removing the nonadsorbed portion of the feed mixture from contact with the adsorbent, and recovering the high purity epsilon caprolactam Consists of steps. The epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine can be recovered by desorption under desorption conditions. The method can be carried out batchwise, semibatch, or continuously using a moving bed or simulated moving bed technologies.

본 발명은 또 다른 한편으로는 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 용액에서 입실론 카프로락탐의 용해도 한계를 넘을 때는 입실론 카프로락탐 만이 결정화될 수 있는 성분계(compositional region)의 조성을 가지는 혼합물인 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 비공융(non-eutectic) 혼합물을 함유하는 초기 용액을 제공하는 단계, 및 초기 용액에 존재했던 것보다 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진이 비교적 적게 함유된 결정 입실론 카프로락탐을 형성하기 위하여 입실론 카프로락탐의 용해도 한계를 넘을 정도의 조건으로 그리고 혼합물의 공융점 이상의 온도로 용액을 유지시키는 단계로 이루어진다.The invention on the other hand consists of 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone. A method for separating epsilon caprolactam from one or more epsilon caprolactam isomers selected from the group or mixtures of octahydrophenazine and oxylon caprolactam, wherein the method is used when the solution exceeds the solubility limit of epsilon caprolactam in solution. 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3- which are mixtures having a composition of compositional region in which only caprolactam can be crystallized With one or more epsilon caprolactam isomers selected from the group consisting of methyl-2-piperidinone or non-eutectic mixtures of octahydrophenazine and epsilon caprolactam The oil phase is at conditions beyond the solubility limit of epsilon caprolactam to provide an initial solution and to form crystalline epsilon caprolactam containing relatively less epsilon caprolactam isomers or octahydrophenazine than were present in the initial solution. And maintaining the solution at a temperature above the eutectic point of the mixture.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

도 1은 80 ℃에서 용매로 메탄올을 사용하여 실리카라이트 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체, 즉, 4-에틸-2-피롤리디논 및 5-메틸-2-피페르디논를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 이성체는 테일링(tailing)이 나타나기는 하나, 카프로락탐은 이성체로부터 완전히 분리된다.1 shows the results of eluting caprolactam and its isomers, namely 4-ethyl-2-pyrrolidinone and 5-methyl-2-piperidinone, from a silicalite column using methanol as a solvent at 80 ° C. Drawing. Although isomers show tailing, caprolactam is completely separated from the isomers.

도 2는 80 ℃에서 1% 트리에틸아민과 메탄올 용매를 사용하여 실리카라이트 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 카프로락탐은 이성체로부터 완전히 분리된다. 염기로 처리하면 테일링이 감소된다. 피크는 0에 가까워진다. 염기 처리는 화학적 흡착을 줄이도록 실리카라이트의 산성 부위와 결합하여 테일링을 줄이게된다.FIG. 2 shows the results of eluting caprolactam and its isomers from a silicalite column using 1% triethylamine and a methanol solvent at 80 ° C. FIG. Caprolactam is completely separated from the isomers. Treatment with base reduces tailing. The peak approaches zero. Base treatment combines with the acidic sites of silicalite to reduce chemical adsorption, reducing tailing.

도 3은 110 ℃에서 1% 트리에틸아민과 메탄올 용매를 사용하여 실리카라이트 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 카프로락탐은 이성체로부터 완전히 분리된다. 온도를 높이면 더 잘 분리된다.FIG. 3 shows the results of eluting caprolactam and its isomers from a silicalite column using 1% triethylamine and a methanol solvent at 110 ° C. Caprolactam is completely separated from the isomers. Increasing the temperature will separate better.

도 4는 120 ℃에서 용매로 아세토니트릴을 사용하여 실리카라이트 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 카프로락탐은 이성체로부터 완전히 분리된다.4 is a diagram showing the result of eluting caprolactam and its isomers from a silicalite column using acetonitrile as a solvent at 120 ° C. Caprolactam is completely separated from the isomers.

도 5는 120 ℃에서 1% 트리에틸아민과 아세토니트릴 용매를 사용하여 실리카라이트 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 카프로락탐은 이성체로부터 완전히 분리된다.FIG. 5 shows the results of eluting caprolactam and its isomers from a silicalite column using 1% triethylamine and acetonitrile solvent at 120 ° C. Caprolactam is completely separated from the isomers.

도 6은 150 ℃에서 용매로 아세토니트릴을 사용하여 실리카라이트 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 카프로락탐은 이성체로부터 완전히 분리된다.FIG. 6 shows the results of eluting caprolactam and its isomers from a silicalite column using acetonitrile as a solvent at 150 ° C. Caprolactam is completely separated from the isomers.

도 7은 100 ℃에서 용매로서 메틸 아세테이트를 사용하여 실리카라이트 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 카프로락탐은 이성체로부터 완전히 분리된다.FIG. 7 shows the results of eluting caprolactam and its isomers from silicalite columns using methyl acetate as a solvent at 100 ° C. FIG. Caprolactam is completely separated from the isomers.

도 8은 100 ℃에서 1% 트리에틸아민과 메틸 아세테이트 용매를 사용하여 실리카라이트 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 카프로락탐은 이성체로부터 완전히 분리된다.FIG. 8 shows the results of eluting caprolactam and its isomers from a silicalite column using 1% triethylamine and a methyl acetate solvent at 100 ° C. Caprolactam is completely separated from the isomers.

도 9는 80 ℃에서 용매로 메탄올을 사용하여 탄소 F400 컬럼으로부터 카프로락탐과 그 이성체를 용출한 결과를 도시한 도면이다. 카프로락탐은 이성체보다 먼저 용출된다.FIG. 9 shows the results of eluting caprolactam and its isomers from a carbon F400 column using methanol as a solvent at 80 ° C. FIG. Caprolactam elutes before isomers.

도 10은 응집체가 포함되었을 때 본 발명을 실시하여 나타나는 현상을 도시한 상 도표이다.FIG. 10 is a phase diagram illustrating a phenomenon which occurs by carrying out the present invention when an aggregate is included.

도 11은 원하는 종류가 비보유성(non-retentive)이고 용융 결정화가 사용될 때의 반응 흐름도이다.11 is a reaction flow diagram when the desired species is non-retentive and melt crystallization is used.

도 12는 원하는 종류가 비보유성이고 용액 결정화가 사용될 때의 반응 흐름도이다. 도 11과 비교하여 다른 용매 적응 컬럼이 추가되었다.12 is a reaction flow diagram when the desired species is non-retained and solution crystallization is used. Another solvent adaptation column was added as compared to FIG.

도 13은 추출물이 원하는 종을 함유하고 용액 결정화가 사용될 때의 반응 흐름도이다. 도 12와 비교하여 라피네이트(raffinate)와 추출물 흐름이 바뀌었다.13 is a reaction flow diagram when the extract contains the desired species and solution crystallization is used. Compared to Figure 12 raffinate (raffinate) and extract flow was changed.

도 14는 추출물이 원하는 종을 함유하고 용융 결정화가 사용될 때의 반응 흐름도이다.14 is a reaction flow diagram when the extract contains the desired species and melt crystallization is used.

도 15는 용매로 아세톤을 사용하여 용액 결정화하여 다양한 온도에서 카프로락탐의 순도와 분류(fraction) 회수 결과를 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing the purity and fraction recovery results of caprolactam at various temperatures by solution crystallization using acetone as a solvent.

도 16은 메탄올에서 카프로락탐의 용해도를 나타낸 그래프이다.16 is a graph showing solubility of caprolactam in methanol.

도 17은 메탄올을 용매로 사용하여 수집된 결정에서 카프로락탐의 순도를 카프로락탐의 출발용액과 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 17 is a graph showing the results of caprolactam comparison with the starting solution of caprolactam in crystals collected using methanol as a solvent.

도 18은 아세토니트릴에서 카프로락탐의 용해도를 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing solubility of caprolactam in acetonitrile.

도 19는 아세토니트릴을 용매로 사용하여 수집된 결정에서 카프로락탐의 순도를 카프로락탐의 출발용액과 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.19 is a graph showing the results of caprolactam purity compared to the starting solution of caprolactam in crystals collected using acetonitrile as a solvent.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

발명의 한 구체예에서, 본 발명은 4-에틸-2-피롤리디논(4-ethyl-2-pyrrolidinone), 5-메틸-2-피페르디논(5-methyl-2-piperdinone), 3-에틸-2-피롤리디논(3-ethyl-2- pyrrolidinone), 및 3-메틸-2-피페르디논(3-methyl- 2-piperdinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진(octahydrophenazine)과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 공급 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진을 선택적으로 흡착하는 활성탄, 분자체 탄소, 분자체, 또는 제올라이트로 이루어지는 흡착제를 흡착 조건하에서 액상으로 공급물과 접촉시키는 단계를 포함한다. 그 다음 상기 공급물은 흡착제로부터 분리되고 고순도의 입실론 카프로락탐이 회수된다. 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진은 탄화수소 또는 물로 이루어진 탈착물질에 의하여 탈착 조건하에서 탈착되어 회수될 수 있다. 공급 혼합물과 탈착물질의 개개 성분은 최소한 5 ℃ 이상의 끓는 점 차이를 가진다.In one embodiment of the invention, the invention provides 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperdinone, 5-methyl-2-piperdinone, 3- One or more epsilon caprolactam isomers selected from the group consisting of ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperdinone; or A method for separating epsilon caprolactam from a feed mixture consisting of octahydrophenazine and epsilon caprolactam. The method comprises contacting a feedstock with an adsorbent consisting of activated carbon, molecular sieve carbon, molecular sieve, or zeolite that selectively adsorbs the epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine. The feed is then separated from the adsorbent and high purity epsilon caprolactam is recovered. The epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine can be desorbed and recovered under desorption conditions by a desorbent consisting of hydrocarbon or water. The individual components of the feed mixture and the desorbent have a boiling point difference of at least 5 ° C.

다른 구체예에서, 본 발명은 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 공급 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 흡착 조건하에서 상기 혼합물을 흡착제와 접촉시키는 단계, 상기 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진을 실질적으로 제거하기 위하여 상기 입실론 카프로락탐을 선택적으로 흡착시키는 단계, 공급 혼합물의 비흡착 부분을 흡착제와의 접촉으로부터 제거하는 단계, 및 탈착 조건하에서 고순도 입실론 카프로락탐을 회수하는 단계로 이루어진다. 상기 방법은 이동 베드 또는 이동 베드 모의 실험기술을 사용하여 회분식, 반회분식, 또는 연속식으로 행해질 수 있다.In another embodiment, the present invention consists of 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone. One or more epsilon caprolactam isomers selected from the group or a method for separating epsilon caprolactam from a feed mixture consisting of octahydrophenazine and epsilon caprolactam, the method comprising contacting the mixture with an adsorbent under adsorption conditions Selectively adsorbing the epsilon caprolactam to substantially remove the epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine, removing the nonadsorbed portion of the feed mixture from contact with the adsorbent, and high purity epsilon under desorption conditions Recovering caprolactam. The method can be carried out batchwise, semibatch, or continuously using mobile bed or mobile bed simulation techniques.

일단 흡착분리 단계가 완료되면, 선택적 단계로서 이들 용액으로부터 입실론 카프로락탐을 결정화하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 이 단계는 하기한 바와 같이 더 순도 높은 형태의 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 것이다. 결정화는 하기한 바와 같이 단독으로 사용될 수도 있다. 본 발명의 다른 구체예에는 공급 혼합물, 탈착제, 흐름도, 및 작동 조건에 대한 상세한 사항이 포함되어 있으며, 이들 모두는 이하에서 본 발명의 여러 가지 측면 각각에 대하여 개시된다.Once the adsorptive separation step is complete, the optional step may further comprise crystallizing epsilon caprolactam from these solutions, which is to separate the higher purity form of epsilon caprolactam as described below. Crystallization may be used alone as described below. Other embodiments of the invention include details of feed mixtures, desorbents, flow diagrams, and operating conditions, all of which are described below for each of the various aspects of the invention.

처음에 본 명세서에서 사용되는 다양한 용어의 정의는 본 발명의 작동, 목적, 및 장점을 명확하게 하는 데 유용할 것이다.The definitions of various terms initially used herein will be useful to clarify the operation, object, and advantages of the present invention.

"공급 혼합물(feed mixture)"은 입실론 카프로락탐 이성체와 입실론 카프로락탐과 같이 본 발명에서 흡착제로 공급되는 하나 또는 그 이상의 라피네이트 성분과 하나 또는 그 이상의 추출 성분을 함유하는 혼합물이다. "공급 흐름(feed stream)"은 본 발명의 공정에서 사용되는 흡착제로 전달되는 공급 혼합물의 흐름을 나타낸다.A "feed mixture" is a mixture containing one or more raffinate components and one or more extraction components, such as epsilon caprolactam isomers and epsilon caprolactam, which are fed to the adsorbent in the present invention. "Feed stream" refers to the flow of the feed mixture to the adsorbent used in the process of the present invention.

"라피네이트 성분(raffinate component)"는 덜 선택적으로 흡착되는 화합물 또는 그 형태를 말하는 반면, "추출 성분(extract component)"은 흡착제에 의하여 보다 더 선택적으로 흡착되는 화합물 또는 그 형태를 말한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 입실론 카프로락탐 이성체는 추출 성분이며 입실론 카프로락탐은 라피네이트 성분이다. "라피네이트 흐름"이나 "라피네이트 방출 흐름"은 이 흐름을 통하여 흡착제로부터 라피네이트 성분이 제거되는 흐름을 의미한다. 라피네이트 흐름의 조성은 탈착물질(이하에서 정의) 완전 100%에서부터 라피네이트 성분 완전 100%까지 매우 다양하다. "추출물 흐름(extract stream)" 또는 "추출물 방출 흐름(extract output stream)"은 이 흐름을 통하여 탈착물질에 의하여 탈착되었던 추출물질이 흡착제로부터 제거되는 흐름을 의미한다. 유사하게 추출물 흐름의 조성도 탈착물질 완전 100%에서부터 추출물 성분 완전 100%까지 매우 다양하다. 비록 본 발명에 의하여 높은 회수율로 고순도 추출 생성물(하기에 정의됨) 또는 라피네이트 생성물(하기에 정의됨)을 제조하는 것이 가능하지만, 추출 성분은 흡착제에 모두 흡착된다고 할 수 없으며 라피네이트 성분이 흡착제에 전혀 흡착되지 않는다고 할 수도 없다. 따라서, 라피네이트 성분 소량은 추출물 흐름 등에 나타날 수 있고, 추출 성분 소량은 라피네이트 흐름에서 나타날 수도 있다.A "raffinate component" refers to a compound or form that is less selectively adsorbed, whereas an "extract component" refers to a compound or form that is more selectively adsorbed by an adsorbent. In a preferred embodiment of the invention the epsilon caprolactam isomer is an extract component and the epsilon caprolactam is a raffinate component. "Raffinate stream" or "raffinate discharge stream" means a stream through which a raffinate component is removed from an adsorbent. The composition of the raffinate flow can vary from 100% complete desorbent (defined below) to 100% complete raffinate component. By "extract stream" or "extract output stream" is meant a stream through which the extract, which has been desorbed by the desorbent, is removed from the adsorbent. Similarly, the composition of the extract stream varies widely from 100% of desorbents to 100% of extract components. Although the present invention makes it possible to produce high purity extraction products (defined below) or raffinate products (defined below) at high recovery rates, the extraction components are not all adsorbed to the adsorbent and the raffinate component is adsorbent. It is not said that it is not adsorbed at all. Thus, small amounts of raffinate component may appear in extract streams and the like, and small amounts of extract component may appear in raffinate streams.

추출물과 라피네이트 흐름은 양 쪽 모두 특정한 흐름으로 나타나는 추출 성분과 특정 라피네이트 성분의 농도 비에 의하여 공급 흐름 및 서로로부터 더 구분된다. 예를 들어, 보다 더 선택적으로 흡착되는 입실론 카프로락탐 이성체의 농도 대 보다 덜 선택적으로 흡착되는 입실론 카프로락탐의 농도의 비는 추출 흐름에서 가장 높고 그 다음이 공급 혼합물에서 높으며, 라피네이트 흐름에서 가장 낮을 것이다. 이와 유사하게, 보다 덜 선택적으로 흡착되는 입실론 카프로락탐의 농도 대 보다 더 선택적으로 흡착되는 입실론 카프로락탐 이성체의 농도의 비는 라피네이트 흐름에서 가장 높고 그 다음이 공급 혼합물에서 높으며, 추출 흐름에서 가장 낮을 것이다.The extract and raffinate streams are further distinguished from the feed stream and from each other by the ratio of the concentrations of the extract component and the specific raffinate component, both of which appear in a particular stream. For example, the ratio of the concentration of more selective adsorbed epsilon caprolactam isomers to the less selective adsorbed epsilon caprolactam is highest in the extraction stream, then higher in the feed mixture, and lowest in the raffinate stream. will be. Similarly, the ratio of the less selective adsorbed epsilon caprolactam to the more selectively adsorbed epsilon caprolactam isomer ratios is highest in the raffinate stream and then higher in the feed mixture and lowest in the extraction stream. will be.

"탈착물질(desorbent material)" 또는 "탈착 용매(desorbent solvent)"는 추출 성분을 탈착시킬 수 있는 물질을 의미하는 것이 일반적이다. "탈착 흐름(desorbent stream)" 또는 "탈착 유입 흐름(desorbent input stream)"은 탈착물질이 흡착제로 전달되는 흐름을 말한다. 추출 흐름 및 라피네이트 흐름이 탈착물질을 함유할 때, 흡착제로부터 추출 흐름의 최소한 한 부분 이상, 바람직하게는 라피네이트 흐름의 최소한 한 부분 이상은 분리 수단, 일반적으로는 분류기(fractionator)로 통과될 것이고, 탈착물질 최소 한 부분 이상은 추출 생성물과 라피네이트 생성물을 제조하기 위하여 분리 조건에서 분리될 것이다. "추출 생성물"과 "라피네이트 생성물"은 각각 추출 흐름과 라피네이트 흐름에 있는 것보다 더 높은 농도로 추출 성분과 라피네이트 성분을 함유하고 있는 공정에서 제조된 생성물을 말한다."Desorbent material" or "desorbent solvent" generally means a material capable of desorbing the extract component. "Desorbent stream" or "desorbent input stream" refers to the flow of desorbent material to the adsorbent. When the extraction stream and the raffinate stream contain desorbents, at least one part of the extraction stream, preferably at least one part of the raffinate stream, from the adsorbent will be passed to a separation means, generally a fractionator. At least one portion of the desorbent will be separated under separation conditions to produce an extract product and a raffinate product. "Extract product" and "raffinate product" refer to products produced in a process containing extract and raffinate components at higher concentrations than those in the extraction stream and raffinate stream, respectively.

여기서 입실론 카프로락탐은 합성 섬유(특히, 나일론 6), 플라스틱, 강모(bristle), 필름, 코팅, 합성 가죽, 가소제와 도제, 아미노산인 리신 합성이나 폴리우레탄을 위한 가교제 등의 제조와 같은 분야에 다양하게 사용될 수 있다.Here, epsilon caprolactam is used in various fields such as the production of synthetic fibers (especially nylon 6), plastics, bristle, films, coatings, synthetic leathers, plasticizers and applicators, the synthesis of amino acids lysine or crosslinking agents for polyurethanes. Can be used.

바람직한 공정은 1997년 4월 15일 출원된 미국특허출원 제08/839,576호에 개시된 입실론 카프로락탐에서 펜테노익 산 염 경로와 1997년 4월 15일 출원된 미국특허출원 제08/843,340호에 개시된 입실론 카프로락탐의 펜테놀 경로, 그리고, 1998년 6월 15일 출원된 미국특허출원 제09/094,651호에 개시된 입실론 카프로락탐의 다른 경로를 포함한다. 이 밖에도 미국특허 제3,914,217호, 제2,221,369호, 제4,717,770호, 제5,264,571호, 제4,804,754호, 제4,257,950호, 및 제4,789,741호에 개시된 입실론 카프로락탐의 시클로헥사논 옥심의 베크만(Beckman) 재배열을 포함한다. 입실론 카프로락탐 조성물은 포밀발레릭 산 또는 염의 이성체나 하이드록시헥사날의 이성체와 같은 덜 안정된 중간체를 분리할 필요없이, 그리고, 덜 안정된 분자에 대한 분리 공정을 개발할 필요없이 제조될 수 있다. 따라서, 입실론 카프로락탐을 제조하기 위한 공정의 더 바람직한 지점에서 분리가 가능해지므로 좀 더 효율이 향상된다.Preferred processes include the pentenic acid salt route in epsilon caprolactam disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 839,576, filed April 15, 1997 and epsilon disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 843,340, filed April 15, 1997. Penthenol route of caprolactam and other routes of epsilon caprolactam disclosed in US patent application Ser. No. 09 / 094,651, filed June 15,1998. In addition, Beckman rearrangements of cyclohexanone oxime of epsilon caprolactam disclosed in U.S. Pat. Include. Epsilon caprolactam compositions can be prepared without the need to separate less stable intermediates, such as isomers of formyl valeric acid or salts or isomers of hydroxyhexanal, and without developing separation processes for less stable molecules. Thus, the separation becomes possible at a more desirable point in the process for producing epsilon caprolactam, thus improving the efficiency.

입실론 카프로락탐을 위한 어떤 전환 공정은 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논과 같은 비등점이 유사한 입실론 카프로락탐의 이성체를 포함하는 생성물을 제공하기도 한다. 입실론 카프로락탐을 위한 또 다른 공정은 옥타하이드로페나진, 시클로헥사논, 시클로헥사논 옥심, N-시클로헥실리덴부틸아민, 아닐린, 이소발레르아미드, 발레르아미드, 이소카프로아미드, 감마-메틸-감마-발레로락탐, 카프로아미드, 아디피민, N-부틸아세트아미드, 및 메틸카프로락탐과 같은 유사한 비등점을 갖는 화합물 또는 미반응 물질을 함유하는 생성물을 제공한다. 따라서, 상기 전환 공정들은 결국 고순도 입실론 카프로락탐을 제조하기 위하여 이러한 이성체, 부산물 또는 오염물질을 제거할 필요가 있다. 중합반응 등급의 품질은 입실론 카프로락탐의 분리 및 정제가 중합공정에 의한 나일론 6의 제조에 주로 사용되기 때문에 중요하다. 따라서, 불순물 존재는 오염물질에 대한 상기 과정의 민감성 때문에 중요한 문제점이 된다.Some conversion processes for epsilon caprolactam include 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone. The same boiling point also provides products comprising similar isomers of epsilon caprolactam. Another process for epsilon caprolactam is octahydrophenazine, cyclohexanone, cyclohexanone oxime, N-cyclohexylidenebutylamine, aniline, isovaleramide, valericamide, isocaproamide, gamma-methyl-gamma Provided are compounds containing similar boiling points or unreacted substances, such as valerolactam, caproamide, adipimine, N-butylacetamide, and methylcaprolactam. Thus, the conversion processes eventually need to remove these isomers, by-products or contaminants to produce high purity epsilon caprolactam. The quality of the polymerization grade is important because the separation and purification of epsilon caprolactam is mainly used for the production of nylon 6 by the polymerization process. Therefore, the presence of impurities is an important problem because of the sensitivity of the process to contaminants.

본 발명은 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논과 같은 특정한 입실론 카프로락탐의 이성체로부터 입실론 카프로락탐을 제거하는 간단하고 효율적인 방법을 제공함으로써 정제 과정을 단순화시킨다. 따라서, 입실론 카프로락탐을 실질적으로 배제하기 위하여 특정 흡착제가 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논과 같은 입실론 카프로락탐 이성체를 흡착할 것이라는 사실이 발견되었다. 본 발명을 실시하기 위한 적절한 공급 혼합물은 입실론 카프로락탐, 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논이 단독으로 또는 혼합되어 이루어진다. 그러나, 부산물이 완전히 없는 공급 혼합물을 얻는 것은 비현실적이며, 따라서, 적절한 공급 혼합물은 추출물이나 라피네이트로부터 제거될 수 있는 유사 비등점을 갖는 다른 탄화수소를 소량 함유할 수 있다. 본 발명에 따른 공급 혼합물을 위한 전형적인 출처는 상기에 정의된 공정들이다. 본 발명에 사용되는 바람직한 공급 혼합물은 1997년 10월 23일 출원된 미국특허출원 제08/956,745호에 개시되어 있다.The present invention relates to certain epsilon caprolactams such as 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone. The purification process is simplified by providing a simple and efficient method for removing epsilon caprolactam from the isomers. Thus, certain adsorbents may be selected from 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2 in order to substantially exclude epsilon caprolactam. It has been found that it will adsorb epsilon caprolactam isomers such as pipedinone. Suitable feed mixtures for practicing the invention include epsilon caprolactam, 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2 -Piperidinone alone or in combination. However, it is impractical to obtain a feed mixture that is completely free of by-products, and therefore suitable feed mixtures may contain small amounts of other hydrocarbons with similar boiling points that can be removed from extracts or raffinates. Typical sources for the feed mixtures according to the invention are the processes defined above. Preferred feed mixtures for use in the present invention are disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 956,745 filed October 23,1997.

본 발명에 따라 공급 혼합물로부터 입실론 카프로락탐을 분리하기 위하여, 상기 혼합물은 흡착제와 접촉되고, 혼합물 중의 다른 성분은 비교적 흡착이 덜 되어 흡착제 입자와 흡착제 표면 사이의 틈새 빈 공간으로부터 제거되는 반면, 입실론 카프로락탐 이성체는 더 선택적으로 흡착제에 흡착되어 유지된다. 더 선택적으로 흡착된 입실론 카프로락탐 이성체를 함유하는 흡착제는 "풍부한(rich)" 흡착제로 불려진다. 그 다음 입실론 카프로락탐 이성체는 탈착물질과 풍부한 흡착제를 접촉시킴으로써 풍부한 흡착제로부터 회수된다.In order to separate epsilon caprolactam from the feed mixture according to the invention, the mixture is contacted with an adsorbent and other components in the mixture are relatively less adsorbed and removed from the interstitial voids between the adsorbent particles and the adsorbent surface, while epsilon capro The lactam isomer is more selectively retained adsorbed on the adsorbent. Adsorbents containing more selectively adsorbed epsilon caprolactam isomers are called "rich" adsorbents. The epsilon caprolactam isomer is then recovered from the rich adsorbent by contacting the desorbent with the rich adsorbent.

"탈착물질" 또는 "탈착 용매"는 흡착제로부터 선택적으로 흡착된 공급 성분을 제거할 수 있는 어떠한 유체 물질을 의미한다. 일반적으로, 선택적으로 흡착된 공급 성분이 정제 흐름에 의하여 흡착제로부터 제거되는 스윙-베드(swing-bed) 시스템에서는, 탈착물질 선택이 그다지 중요한 인자는 아니며, 그리고 메탄, 에탄 등의 기체상 탄화수소로 이루어지는 탈착물질 또는 질소 또는 수소와 같은 다른 형태의 기체가 고온이나 감압 또는 이 두 조건을 모두 갖춘 곳에서 흡착제로부터 흡착된 공급 성분을 효과적으로 정화시키기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로 액상을 유지하기 위하여 실질적으로 일정한 압력 및 온도에서 지속적으로 작동되는 흡착 분리 공정에서, 신뢰되는 탈착물질은 몇 가지 범주를 만족하기 위하여 신중하게 선택되어야만 한다."Desorbent" or "desorption solvent" means any fluid material capable of removing the selectively adsorbed feed components from the adsorbent. Generally, in swing-bed systems in which the selectively adsorbed feed constituents are removed from the adsorbent by the refinery flow, desorbent selection is not very important and consists of gaseous hydrocarbons such as methane, ethane and the like. Desorbents or other forms of gas, such as nitrogen or hydrogen, may be used to effectively purify the adsorbed feed components from the adsorbent at high temperatures, reduced pressure, or both. In general, however, in adsorptive separation processes that operate continuously at substantially constant pressures and temperatures to maintain a liquid phase, reliable desorbents must be carefully selected to satisfy several categories.

첫째, 탈착물질은 너무 강하게 흡착되어 추출성분이 다음의 흡착 사이클에서 탈착물질과 교체되는 것을 완전히 막는 일없이 적당한 유속으로 흡착제로부터 추출 성분과 교체되어야만 한다. 선택도(이하에서 보다 상세히 설명할 것임)의 면에서 표현되면, 흡착제는 라피네이트 성분에 대하여 탈착물질에 선택적인 것보다는 라피네이트 성분에 대하여 추출 성분에 더 선택적인 것이 바람직하다. 둘째, 탈착물질은 특정 흡착제 및 특정 공급 혼합물과 상용화되어야만 한다. 보다 구체적으로, 이들은 라피네이트 성분에 대하여 추출 성분에 대한 흡착제의 높은 선택성을 감소시키거나 파괴하여서는 안 된다. 더욱이, 본 발명의 공정에서 사용될 수 있는 탈착물질은 공정으로 전달되는 공급 혼합물로부터 쉽게 분리되는 물질이어야만 한다.First, the desorbent must be so strongly adsorbed that it must be replaced with the extract from the adsorbent at a suitable flow rate without completely preventing the extract from being replaced with the desorbent in the next adsorption cycle. Expressed in terms of selectivity (which will be described in more detail below), the adsorbent is preferably more selective to the extraction component relative to the raffinate component than to the desorbent relative to the raffinate component. Second, the desorbent must be compatible with certain adsorbents and certain feed mixtures. More specifically, they should not reduce or destroy the high selectivity of the adsorbent for the extract component relative to the raffinate component. Moreover, the desorbents that can be used in the process of the present invention should be those that are easily separated from the feed mixture that is delivered to the process.

공급물로부터 추출 성분을 탈착시킨 후에 탈착물질과 추출 성분은 일반적으로 혼합물에서 흡착제로부터 제거된다. 마찬가지로, 하나 또는 그 이상의 라피네이트 성분은 일반적으로 탈착물질이 있는 혼합물에서 흡착제로부터 제거되고, 증류와 같은 탈착물질의 최소한 한 부분 이상을 분리하는 방법이 없이는 추출 생성물의 순도나 라피네이트 생성물의 순도가 매우 높지는 않을 것이다. 따라서, 본 발명의 공정에서 사용되는 어떠한 탈착물질도 단순한 분류에 의하여 추출 및 라피네이트 흐름에서 공급 성분으로부터 분리될 수 있고 이로써 공정에서 탈착물질이 재사용될 수 있도록 공급 혼합물의 어떠한 개개 성분의 비등점과는 실질적으로 다른 비등점을 가질 것이라고 예상될 수 있다. 상기의 "실질적으로 다른"이라는 의미는 탈착물질과 공급 혼합물 개개의 성분의 끓는점이 약 5 ℃ 이상 차이가 난다는 것을 말한다. 탈착물질의 끓는 범위는 공급 혼합물의 경우보다 높거나 낮을 수 있으며 바람직하게는 더 낮은 것이다. 본 발명에 따른 공정의 바람직한 등온, 등압, 액상 동작에서 효율적인 탈착물질은 탄화수소, 특히 8개 이하의 탄소를 가지는 방향족 및 지방족 탄화수소 또는 물로 이루어진다는 것이 발견되었다.After desorbing the extract component from the feed, the desorbent and extract component are generally removed from the adsorbent in the mixture. Likewise, one or more of the raffinate components are generally removed from the adsorbent in a desorbent mixture, and the purity of the extract product or of the raffinate product is without a method of separating at least one portion of the desorbent, such as distillation. It will not be very high. Thus, any desorbent used in the process of the present invention can be separated from the feed components in the extraction and raffinate streams by simple fractionation, thereby avoiding the boiling point of any individual components of the feed mixture so that the desorbents can be reused in the process. It can be expected to have substantially different boiling points. By "substantially different" is meant that the boiling point of the desorbent and the individual components of the feed mixture differ by at least about 5 ° C. The boiling range of the desorbent may be higher or lower than that of the feed mixture and is preferably lower. It has been found that the effective desorption material in the preferred isothermal, isostatic, liquid phase operation of the process according to the invention consists of hydrocarbons, especially aromatic and aliphatic hydrocarbons having up to 8 carbons or water.

본 발명에 유용한 탈착제의 예는 메탄올, 에틸 에테르, 시클로펜탄, 아세톤, 메틸아세테이트, 이소프로필에테르, 헥산, 메틸 시클로펜탄, 에틸 아세테이트, 에탄올, 벤젠, 시클로헥산, 아세토니트릴, 프로판올, 프로피오니트릴, 물, 톨루엔, 시클로헵탄, 에틸벤젠, p-크실렌, 및 시클로옥탄을 포함한다.Examples of desorbents useful in the present invention include methanol, ethyl ether, cyclopentane, acetone, methyl acetate, isopropyl ether, hexane, methyl cyclopentane, ethyl acetate, ethanol, benzene, cyclohexane, acetonitrile, propanol, propionitrile , Water, toluene, cycloheptane, ethylbenzene, p-xylene, and cyclooctane.

흡착제의 어떤 특징은 선택적 흡착 공정의 성공적인 수행을 위하여 필수적이지는 않지만 매우 바람직하기도 하다. 이러한 특성에는 흡착제 부피 당 추출 성분의 일정 부피를 위한 흡착 공간, 라피네이트 성분 및 탈착물질 면에서 추출 성분의 선택적 흡착, 및 흡착제로부터 그리고 흡착제로의 충분히 빠른 추출 성분의 흡착 및 탈착 속도가 있다.Certain features of the adsorbent are not necessary but highly desirable for the successful performance of the selective adsorption process. These properties include adsorption space for a constant volume of extract component per adsorbent volume, selective adsorption of the extract component in terms of raffinate component and desorbent, and sufficiently fast adsorption and desorption rate of the extract component from and to the adsorbent.

하나 또는 그 이상의 추출 성분의 특정 부피를 흡착하기 위한 흡착제의 공간은 물론 필수조건이다; 이러한 공간이 없는 흡착제는 흡착 분리에 불필요하다. 또한, 추출 성분을 위한 흡착제 공간이 더 크면 클수록 흡착제는 더 좋은 것이다. 특정 흡착제의 공간이 증가하는 것은 공급 혼합물의 특정한 차지 비율에서 함유된 추출 성분을 분리하는 데 필요한 흡착제의 양을 줄일 수 있다. 흡착제 양이 감소되는 것은 특정 흡착분리에 요구되는 분리공정에서의 비용을 감소시킨다. 어떤 경제적으로 바람직한 생활을 통한 분리기술에서 실제 적용에 있어서 흡착제의 충분한 초기 공간이 유지되는 것은 중요하다.The space of the adsorbent to adsorb a particular volume of one or more extract components is of course a requirement; This spaceless adsorbent is unnecessary for adsorptive separation. Also, the larger the adsorbent space for the extract component, the better the adsorbent. Increasing the space of a particular adsorbent may reduce the amount of adsorbent required to separate the extracted constituents at a particular charge ratio of the feed mixture. Reducing the amount of adsorbent reduces the cost in the separation process required for a particular adsorptive separation. In any economically desirable life separation technique, it is important to maintain sufficient initial space for the adsorbent in practical applications.

흡착제 제2의 필수적 특성은 공급물질의 성분을 분리할 수 있는 흡착제의 능력이다; 다시 말해 흡착제는 한 성분을 다른 성분과 구별할 수 있는 흡착 선택도(B)를 가지는 것이다. 상대적 선택도는 하나의 공급 성분을 다른 것과 구별하는 것이라고 표현될 뿐만 아니라, 어떠한 공급 혼합물 성분과 탈착물질 사이라고 표현될 수도 있다. 본 명세서 사용되는 선택도(B)는 평형 조건에서 탈착상의 두 성분의 비 분에 흡착상의 상기와 같은 두 성분의 비로 정의된다.The second essential characteristic of the adsorbent is the ability of the adsorbent to separate the components of the feed material; In other words, the adsorbent has adsorption selectivity (B) that can distinguish one component from another component. Relative selectivity is expressed not only to distinguish one feed component from another, but may also be expressed between any feed mixture component and desorbent. As used herein, selectivity (B) is defined as the ratio of two such components above the adsorption phase to the ratio of two components of the desorbable phase at equilibrium conditions.

상대적 선택도는 하기식 1로 나타난다:Relative selectivity is represented by Equation 1:

상기식에서 C 및 D는 부피%로 나타나는 공급물의 두 성분이며, 첨자 A 및 U는 각각 흡착상 및 비흡착상을 나타낸다. 평형조건은 흡착제의 한 베드를 통과하는 공급물이 흡착제 베드와 접촉한 후에 조성의 변화를 일으키지 않을 때로 결정된다. 다시 말해, 비흡착상과 흡착상 사이에서 전체적으로 물질 전달이 일어나지 않는 때를 말한다.Where C and D are the two components of the feed, expressed in volume percent, and the subscripts A and U represent the adsorptive and nonadsorbent phases, respectively. Equilibrium conditions are determined when the feed through one bed of adsorbent does not cause a change in composition after contact with the adsorbent bed. In other words, no mass transfer occurs between the nonadsorbed and adsorbed phases.

두 성분의 선택도가 1.0에 가까워지면 흡착제에 의하여 한 성분에 비하여 다른 한 성분에 대한 흡착이 더 우세하지 않다는 것이다; 즉, 서로간에 같은 정도로 흡착되거나 흡착되지 않는다는 것이다. (B)가 1.0 보다 크거나 작을 때는 한 성분에 비하여 다른 한 성분이 더 잘 흡착된다는 것이다.When the selectivity of two components approaches 1.0, the adsorption of one component to the other by the adsorbent is less prevalent; That is, they are not adsorbed to the same extent to each other. When (B) is greater than or less than 1.0, one component is adsorbed better than the other.

성분 D에 대한 C의 흡착제에 대한 선택도를 비교할 때, 1.0보다 큰 (B) 값은 흡착제 내에 성분 C가 더 잘 흡착된다는 것을 나타낸다. 1.0보다 작은 (B)값은 성분 D가 더 잘 흡착되어 성분 D는 흡착상에, 그리고 성분 C는 비흡착상에 더 풍부하게 남아있다는 것을 나타낸다. 라피네이트 성분에 대한 추출 성분의 흡착제에 대한 선택도가 1.0을 약간 넘을 때도 라피네이트 성분으로부터 추출 성분을 분리하는 것이 이론적으로는 가능하지만, 선택도는 2 정도 또는 그 이상의 값을 가지는 것이 바람직하다. 상대적 휘발성과 같이 선택도가 높을수록 분리하기가 쉬워진다. 선택도가 높을수록 분리할 때 사용되는 흡착제 양은 줄어든다. 추출물질 모두가 한 부류로 추출되고 라피네이트 성분 모두가 라피네이트 흐름으로 완전히 분리될 수 있기 위하여 이상적으로는 탈착물질이 모든 추출 성분에 대하여 1 정도 또는 그 이하의 선택도를 가져야 한다.When comparing the selectivity of the C adsorbent to the component D, a value of (B) greater than 1.0 indicates that the component C adsorbs better in the adsorbent. A value of (B) less than 1.0 indicates that component D is better adsorbed so that component D remains richer in adsorption phase and component C in nonadsorption phase. Although it is theoretically possible to separate the extract component from the raffinate component even when the selectivity of the extract component to the adsorbent for the raffinate component is slightly above 1.0, it is preferred that the selectivity has a value of about 2 or more. Higher selectivity, such as relative volatility, facilitates separation. Higher selectivity reduces the amount of adsorbent used for separation. Ideally, the desorbent should have a selectivity of about 1 or less for all extract components so that all of the extract can be extracted in a class and all of the raffinate components can be completely separated into the raffinate stream.

제3의 중요 특성은 공급 혼합물질의 추출 성분의 교환속도, 즉, 추출 성분의 상대적 탈착속도이다. 상기 특징은 흡착제로부터 추출 성분을 회수하기 위한 공정에서 사용되어야 하는 탈착물질의 양과 직접적으로 관련된다; 교환속도가 빠르면 추출 성분을 제거하기 위하여 필요한 탈착물질의 양이 줄어들어 공정의 작동 비용을 절감할 수 있다. 교환속도가 빠를 때, 탈착물질은 공정을 거쳐 더 적게 퍼내어야 하며 공정에서 재사용되기 위하여 추출 흐름으로부터 분리된다. 도면에 도시된 바와 같이 탈착제와 추출 성분의 교환속도는 일반적으로 1/2 강도에서 측정되는 피크의 폭에 관계된다.A third important property is the rate of exchange of the extract components of the feed mixture, ie the relative desorption rates of the extract components. This feature is directly related to the amount of desorbent that must be used in the process for recovering the extract component from the adsorbent; Faster exchange rates can reduce the operating costs of the process by reducing the amount of desorbent needed to remove the extract. At fast exchange rates, desorbents have to be pumped less through the process and separated from the extraction stream for reuse in the process. As shown in the figure, the exchange rate of the desorbent and the extraction component is generally related to the width of the peak measured at half intensity.

흡착제 제4의 중요 특성은 공급물과 탈착성분이 바람직하지 못한 화학적 변화를 일으키는 반응성 또는 촉매 작용이 없는 것이다. 제올라이트 물질은 탄화수소, 특히 올레핀과 반응한다고 알려져 있다. 이러한 화학적 활성 흡착제와는 반대로 본 발명에 따른 탄소 흡착제는 공정 흐름의 성분에 화학적으로 비활성이다.The fourth important characteristic of the adsorbent is that the feed and desorption components are free of reactivity or catalysis that cause undesirable chemical changes. Zeolite materials are known to react with hydrocarbons, in particular olefins. In contrast to these chemically active adsorbents, the carbon adsorbent according to the invention is chemically inert to the components of the process stream.

흡착제의 흡착공간, 선택도, 및 교환속도 특성을 측정하기 위하여 특정 공급 혼합물과 함께 다양한 흡착제와 탈착물질을 시험하기 위하여 동적 시험장치가 사용된다. 장치는 챔버의 반대 끝에 입구 및 출구부를 가진 약 70 ㎤의 흡착제 챔버로 이루어진다. 챔버는 온도 조절 수단 및 추가로 미리 정해진 일정 압력에서 챔버를 작동시키는 데 사용되는 압력조절 장치 내에 들어있다. 크로마토그래피 분석 장치는 챔버의 출구라인에 부착되어 흡착제 챔버를 떠나는 용출 흐름 "온-스트림(on-stream)"을 분석하는데 사용될 수 있으며 또는 표본은 크로마토그래피 분석을 위하여 장치로부터 제거될 수 있다.Dynamic test apparatus are used to test various adsorbents and desorbents with specific feed mixtures to determine the adsorption space, selectivity, and exchange rate characteristics of the adsorbent. The apparatus consists of about 70 cm 3 of adsorbent chamber with inlets and outlets at opposite ends of the chamber. The chamber is enclosed in temperature control means and in addition a pressure regulating device used to operate the chamber at a predetermined constant pressure. The chromatographic analysis device can be used to analyze the elution stream “on-stream” leaving the adsorbent chamber attached to the outlet line of the chamber or the sample can be removed from the device for chromatographic analysis.

상기 장치와 하기의 일반적인 과정을 이용하여 실시되는 펄스 시험(pulse test)은 다양한 흡착 시스템을 위한 선택도와 다른 자료를 결정하는데 사용된다. 흡착제 챔버를 통하여 탈착물질을 전달함으로써 흡착제는 특정한 탈착제와 평형을 이루도록 채워진다. 편리한 시간에 탈착제에 완전히 희석된 특정한 입실론 카프로락탐 이성체를 알려진 농도로 함유하는 펄스 공급이 주입된다. 탈착제 흐름은 다시 시작되고 공급 이성체는 액체-고체 크로마토그래피 작동에서와 같이 용출된다. 용출분은 온-스트림 크로마토그래피 장치에 의하여 분석될 수 있고, 해당 성분 피크 흔적이 생길 수 있다. 다른 방법으로는 용출 표본을 주기적으로 수집한 다음 기체 크로마토그래피에 의하여 별도로 분석할 수 있다.Pulse tests conducted using the apparatus and the following general procedure are used to determine selectivity and other data for various adsorption systems. By transferring the desorbent through the adsorbent chamber, the adsorbent is filled to equilibrate with the particular desorbent. At a convenient time, a pulse feed containing a known concentration of the particular epsilon caprolactam isomer completely diluted in the desorbent is injected. The desorbent flow is restarted and the feed isomer is eluted as in liquid-solid chromatography operation. The eluate can be analyzed by an on-stream chromatography apparatus and traces of the corresponding component peaks can be produced. Alternatively, eluted samples can be collected periodically and analyzed separately by gas chromatography.

크로마토그래피 흔적으로부터 유추해낸 정보로부터, 흡착제의 수행능력은 추출 성분의 공간 지수, 다른 것과 구별되는 한 이성체의 선택도, 및 탈착제에 의한 추출 성분의 탈착속도에 의하여 결정될 수 있다. 공간 지수는 선택적으로 흡착되는 성분의 피크 중앙과 다른 어떤 알려진 비교지점 사이의 거리에 의하여 특징지을 수 있다. 이는 그 시간 간격동안 펌프되는 탈착제의 부피 ㎤로 표현될 수 있다. 라피네이트 성분에 대한 추출 성분의 선택도 (B)는 라피네이트 성분 피크 중앙과 흔적 피크 가장자리 사이의 거리에 대한 추출성분 피크 중앙과 흔적 피크 가장자리 사이의 거리비로 나타날 수 있다. 일반적으로 탈착제와 추출 성분의 교환속도는 1/2 강도에서 피크 너비로 나타낼 수 있다. 피크 너비가 좁을수록 탈착속도는 더 빨라진다. 탈착속도는 막 탈착되었던 추출 성분의 사라지는 부위와 흔적 피크 중앙 사이의 거리로 나타날 수 있다. 이 거리는 다시 그 시간 간격동안 펌프되는 탈착제의 부피이다.From the information inferred from the chromatographic traces, the performance of the adsorbent can be determined by the spatial index of the extract component, the selectivity of the isomers as long as they are distinguished from others, and the desorption rate of the extract component by the desorbent. The spatial index can be characterized by the distance between the center of the peak of the component that is selectively adsorbed and any other known comparison point. This can be expressed as the volume cm 3 of the desorbent pumped during that time interval. The selectivity (B) of the extract component relative to the raffinate component can be expressed as the ratio of the distance between the extract component peak center and the trail peak edge to the distance between the raffinate component peak center and the trail peak edge. In general, the exchange rate between the desorbent and the extract component can be expressed as the peak width at half the intensity. The narrower the peak width, the faster the desorption rate. The desorption rate can be expressed as the distance between the disappearance of the extract component that has just been desorbed and the center of the trace peak. This distance is again the volume of desorbent pumped during that time interval.

본 발명의 공정에 사용되는 흡착제는 옥타하이드로페나진을 실질적으로 배제하기 위하여 입실론 카프로락탐을 선택적으로 흡착하거나 입실론 카프로락탐을 실질적으로 배제하기 위하여 입실론 카프로락탐 이성체를 선택적으로 흡착하는 어떠한 흡착제를 포함한다. 적절한 흡착제의 예는 활성탄, 분자체 탄소, 및 제올라이트와 같은 제올라이트류와 분자체와 같은 비제올라이트류의 분자체가 있다. 적절한 흡착제는 화학기술사전 Kirk-Othmer 제4판(1996)에 개시된 흡착제를 포함한다.Adsorbents used in the process of the present invention include any adsorbent that selectively adsorbs epsilon caprolactam to substantially exclude octahydrophenazine or selectively adsorbs epsilon caprolactam isomers to substantially exclude epsilon caprolactam. . Examples of suitable adsorbents are molecular sieves of zeolites such as activated carbon, molecular sieve carbon, and zeolites and non-zeolites such as molecular sieves. Suitable adsorbents include the adsorbents disclosed in the Chek-Othmer fourth edition (1996).

활성탄은 칼곤 회사의 "Type F400" 입자 탄소와 같은 상업적으로 구할 수 있는 통상적인 물질이며, 1978년 8월 발간된 칼곤 브로셔 No. 23-108a에 개시된 것과 같은 "PURASIV", Type PCB는 직경 1000 Å보다 큰 거대공극 시스템에 의하여 침투되는 직경 15 내지 20 Å 범위의 큰 미세구멍 용적을 갖는 활성탄이다. "PURASIV"는 용융 석유 피치를 구형으로 만든 다음 탄소화 및 활성화 시켜 만든 구슬형 활성탄이다.Activated carbon is a commercially available common material, such as Calgon Company's "Type F400" particle carbon, which was published in August 1978 by Calgon Brochure No. "PURASIV", Type PCBs, such as those disclosed in 23-108a, are activated carbon having a large micropore volume in the range of 15 to 20 microns in diameter penetrated by a large pore system larger than 1000 microns in diameter. "PURASIV" is a bead activated carbon made by spherical molten petroleum pitch followed by carbonization and activation.

여기서 사용되는 "분자체 탄소"는 "활성탄"으로 불리는 물질과 구별되게 하려는 의미가 아니라 본 발명에서 사용하기에 효과적인 물질을 어느 하나라도 배제하지 않기 위하여 사용된다. 본 발명의 목적을 위하여 두 용어를 중복하여 사용할 수 있으며, 서로 혼용할 수 있다. 본 발명에 유용한 특정 분자체 탄소는 약 5 Å보다는 크고 10 Å보다는 작은 평균 공극크기를 가지는 것이며, 바람직하게는 약 5.2 Å에서 8 Å 사이, 더욱 바람직하게는 약 5.5 Å에서 6.5 Å 사이이다.As used herein, "molecular carbon" is not meant to be distinguished from a material called "activated carbon" but is used to not exclude any material effective for use in the present invention. For the purposes of the present invention, the two terms may be used in duplicate and may be used interchangeably. Particular molecular sieve carbons useful in the present invention are those having an average pore size of greater than about 5 kPa and less than 10 kPa, preferably between about 5.2 kPa and 8 kPa, more preferably between about 5.5 kPa and 6.5 kPa.

본 발명에서 사용되는 흡착제는 제올라이트와 같은 제올라이트류 분자체 및 분자체와 같은 비제올라이트류의 분자체를 포함한다. 본 발명에 유용한 제올라이트의 예는 LZ-10, LZ-20, 4A, 5A, 13X, 10X, Y, SK40, SK41, 샤바지트(chabazite), 포자지트(faujasite), 레비나이트(levynite), 기스몬딘(gismondine), 에리오나이트(erionite), 소다라이트(sodalite), 아날심(analcime), 지멜리나이트(gmelinite), 하모톰(harmotome), 모데나이트(mordenite), 에피스틸바이트(epistillbite), 휴란다이트(heulandite), 스틸바이트(stilbite), 에딩토나이트(edingtonite), 메소라이트(mesolite), 나트롤라이트(natrolite), 스콜레사이트(scolecite), 톰소나이트(thomsonite), 브류스테라이트(brewsterite), 로몬타이트(laumontite), 필립사이트(philipsite), ZSM's(ZSM-5, ZSM-20, ZSM-12, 및 ZSM-34) 등을 포함한다. 본 발명에 유용한 제올라이트의 예는 미국특허 제3,702,886호, 제3,972,983호, 제3,832,449호, 제4,086,186호 및 제3,308,069호에 개시되어 있다.The adsorbent used in the present invention includes a zeolite molecular sieve such as zeolite and a non-zeolitic molecular sieve such as molecular sieve. Examples of zeolites useful in the present invention are LZ-10, LZ-20, 4A, 5A, 13X, 10X, Y, SK40, SK41, chabazite, faujasite, levynite, gas Gismondine, erionite, sodalite, analcime, gmelinite, harmotome, mordenite, epistillbite, Heurlandite, stilbite, edingtonite, mesolite, natrolite, squaleite, thomsonite, brusterite ( brewsterite, laumontite, philipsite, ZSM's (ZSM-5, ZSM-20, ZSM-12, ZSM-34) and the like. Examples of zeolites useful in the present invention are disclosed in US Pat. Nos. 3,702,886, 3,972,983, 3,832,449, 4,086,186 and 3,308,069.

본 발명에 유용한 분자체의 예는 미국특허 제4,061,724호 및 제4,073,865호에 나타난 것처럼 실리칼라이트(S115)와 같은 실리카 분자체를 포함한다. 또 다른 분자체의 예는 결정구조에서 알루미노포스페이트 존재에 기초한 결정성 미세공극 분자체 옥사이드, 예를 들어 SAPO, MeAPO, FAPO, MAPO, MnAPO, CoAPO, ZAPO, MeAPSO, FAPSO, MAPSO, MnAPSO, CoAPSO, ZAPSO, ElAPO, ElAPSO 등의 약자로 표현되는 물질을 포함한다. 이러한 분자체는 미국특허 제4,567,029호, 제4,440871호, 제4,500,651호, 제4,554,143호, 및 제4,310,440호에 개시되어 있다.Examples of molecular sieves useful in the present invention include silica molecular sieves such as silicalite (S115), as shown in US Pat. Nos. 4,061,724 and 4,073,865. Examples of another molecular sieve are crystalline microporous molecular sieve oxides based on the presence of aluminophosphate in the crystal structure, for example SAPO, MeAPO, FAPO, MAPO, MnAPO, CoAPO, ZAPO, MeAPSO, FAPSO, MAPSO, MnAPSO, CoAPSO And substances represented by abbreviations such as ZAPSO, ElAPO, ElAPSO, and the like. Such molecular sieves are disclosed in US Pat. Nos. 4,567,029, 4,440871, 4,500,651, 4,554,143, and 4,310,440.

제올라이트와 분자체 흡착제는 약 5 Å보다는 크고 10 Å보다는 작은 평균 공극 크기를 가지는 것이 좋으며, 바람직하게는 약 5.2 Å에서 8 Å 사이, 더욱 바람직하게는 약 5.5 Å에서 6.5 Å 사이인 것이 좋다. 물론 흡착제는 상기 바람직한 공극 크기와 함께 메소- 및 마크로-공극을 가질 수 있다. 본 발명에 의하여 특정 흡착제는 입실론 카프로락탐의 실질적 배제를 위하여 입실론 카프로락탐의 이성체를 흡착할 수 있다는 것이 발견되었다.Zeolite and molecular sieve adsorbents preferably have an average pore size of greater than about 5 mm 3 and less than 10 mm 3, preferably between about 5.2 mm and 8 mm 3, more preferably between about 5.5 mm and 6.5 mm 3. The adsorbent may of course have meso- and macro-pores together with the above preferred pore sizes. It has been discovered by the present invention that certain adsorbents can adsorb isomers of epsilon caprolactam for substantial exclusion of epsilon caprolactam.

흡착제는 압출체(extrudate), 응집체(aggregates), 정제(tablets), 원하는 입자크기, 바람직하게는 약 4 내지 60 메쉬(미국표준메쉬)를 갖는 과립형 또는 거대구형의 형태가 될 수 있다. 물이 탈착제가 아니라면 흡착제에 수분함량이 적으면 생성물의 수분 오염을 적게 하는 장점이 있다.The adsorbents may be in the form of granules or macrospheres with extrudate, aggregates, tablets, desired particle size, preferably about 4 to 60 mesh (US standard mesh). If the water is not a desorbent, if the moisture content of the adsorbent is low, there is an advantage of reducing the water contamination of the product.

흡착제는 조밀한 고정 베드 형태에서 사용될 수 있는데, 상기 베드는 공급 혼합물 및 탈착물질과 택일적으로 접촉하며 각 경우 상기 공정은 단지 반연속적(semi-continuous)이다. 다른 구체예에서, 탈착물질이 한 세트에 있는 하나 또는 그 이상의 다른 베드를 통과할 수 있는 반면 공급 혼합물은 한 세트의 하나 또는 그 이상의 흡착제 베드를 통과할 수 있기 위하여 흡착제의 둘 또는 그 이상의 정지 베드 한 세트는 적절한 밸브와 함께 사용될 수 있다. 공급 혼합물과 탈착물질의 흐름은 이러한 베드에서 흡착제를 통하여 위 또는 아래로 될 수 있다. 정지 베드 유체-고체 접촉에 사용되는 일반적인 장치는 어떤 것이라도 사용될 수 있다.The adsorbent can be used in the form of a dense fixed bed, which bed is in alternative contact with the feed mixture and the desorbent and in each case the process is only semi-continuous. In other embodiments, the desorbent may pass through one or more other beds in a set while the feed mixture may pass through one or more sets of adsorbent beds so that two or more stationary beds of adsorbent One set can be used with a suitable valve. The flow of feed mixture and desorbent may be up or down through the adsorbent in these beds. Any general apparatus used for stationary bed fluid-solid contact may be used.

그러나, 이동 베드와 모의실험되는 이동 베드 흐름 시스템은 고정 베드 시스템보다 분리효율이 더 크며, 따라서, 더욱 바람직하다. 이동 베드와 모의실험되는 이동 베드 공정에서, 유체 흐름의 교체 및 공급의 계속적 사용과 추출흐름과 라피네이트 흐름의 지속적 생성을 가능하게 하는 교체 작동 및 보유가 지속적으로 일어난다. 이러한 공정의 바람직한 구체예에서는 모의실험되는 이동베드 역류 흐름 시스템처럼 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 것을 사용한다. 이러한 시스템에서, 챔버에 함유된 흡착제의 상방 움직임을 모의 실험하는 것은 바로 흡착제 챔버 아래의 액체 통과 다중지점의 전진 움직임이다. 미국특허 제2,985,589호에는 이러한 흐름 시스템의 작동 원칙과 순서가 개시되어 있고, 1969년 4월 2일 일본, 도쿄의 화학기술자 학회 34번째 정기 모임에서 D. B. Broughton에 의하여 발표된 "Continuous Adsorptive Processing-A New separation Technique" 이라는 논문에도 모의실험되는 이동 베드 역류 공정 흐름도가 더 설명되어 있다.However, mobile bed flow systems simulated with mobile beds have greater separation efficiencies than fixed bed systems and are therefore more desirable. In the mobile bed process simulated with a mobile bed, a continuous operation of the replacement and supply of the fluid flow and the replacement operation and retention which enables the continuous generation of the extraction flow and the raffinate flow occur continuously. Preferred embodiments of this process use those known in the art, such as simulated mobile bed countercurrent flow systems. In such a system, it is precisely the forward movement of the liquid passing multipoint below the adsorbent chamber that simulates the upward movement of the adsorbent contained in the chamber. U.S. Patent No. 2,985,589 discloses the principle and sequence of operation of such a flow system, published by DB Broughton at the 34th annual meeting of the Institute of Chemical Engineers, Tokyo, Japan, April 2, 1969, "Continuous Adsorptive Processing-A New". The paper entitled "Separation Technique" further describes the flow diagram of a simulated moving bed backflow process.

본 발명의 공정에 사용되기에 적당한 이동 베드 모의실험 흐름 시스템의 다른 구체예는 미국특허 제4,402,832호에 개시된 고효율 이동 베드 모의실험 공정이다.Another embodiment of a mobile bed simulation flow system suitable for use in the process of the present invention is a high efficiency mobile bed simulation process disclosed in US Pat. No. 4,402,832.

추출물 방출 흐름의 최소 일부분 이상은 분리수단으로 전달될 것이며, 상기 탈착물질의 최소 일부분 이상은 농도가 줄어든 탈착물질을 함유하는 추출 생성물을 생산하기 위한 분리 조건하에서 분리될 수 있다고 여겨진다. 공정을 작동시키는데 필수적이지는 않지만 라피네이트 생성 흐름의 일부분 이상이 역시 분리수단으로 전달되는 것이 바람직하며, 상기 탈착물질의 한 부분 이상이 농도가 줄어든 탈착물질을 함유하는 라피네이트 흐름과 공정에서 재사용될 수 있는 탈착 흐름을 생산하기 위하여 분리 조건하에서 분리될 수 있다. 추출 생성물과 라피네이트 생성물에서, 탈착물질의 농도는 약 5 부피% 보다 작을 것이며, 더욱 바람직하게는 약 1 부피%보다 작은 것이다. 일반적으로 분리수단은 설계와 작동이 분리기술 분야에서 잘 알려져 있는 분류 컬럼이 될 것이다.At least a portion of the extract discharge stream will be passed to the separation means, and it is believed that at least a portion of the desorbent can be separated under separation conditions to produce an extract product containing desorbed substances having reduced concentration. Although not essential to operating the process, it is preferred that at least a portion of the raffinate production stream is also passed to the separation means, and at least one portion of the desorbent may be reused in the process and the raffinate stream containing desorbed substances having reduced concentration. May be separated under separation conditions to produce a desorption stream. In the extraction and raffinate products, the concentration of desorbent will be less than about 5% by volume, more preferably less than about 1% by volume. In general, the separation means will be a sorting column whose design and operation are well known in the separation art.

액상 및 기체상 동작은 비록 많은 흡착 분리 공정에 사용될 수 있지만, 기체상 동작으로 얻어지는 것보다 액상 동작으로 얻을 수 있는 추출 생성물이 더 수율이 높고, 그리고 저온, 저에너지 요구, 더 작은 장치 크기 때문에 액상 작동이 바람직하다. 흡착 조건은 약 20 ℃ 내지 250 ℃, 바람직하게는 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도와 액상을 유지하기에 충분한 압력이 포함될 것이다. 탈착 조건은 흡착 조건에서 사용되는 것과 같은 온도 및 압력을 포함한다.Although liquid phase and gas phase operation can be used for many adsorptive separation processes, liquid phase operation is more likely due to higher yields of extractable products obtained in liquid phase operation than those obtained with gas phase operation, and because of lower temperatures, lower energy requirements, and smaller device sizes. This is preferred. Adsorption conditions will include a temperature of about 20 ° C. to 250 ° C., preferably 50 ° C. to 200 ° C., and sufficient pressure to maintain the liquid phase. Desorption conditions include the same temperature and pressure as used in adsorption conditions.

본 발명에 따른 공정을 사용할 수 있는 유니트(unit)의 크기는 시험공장수준에서 상업적 수준까지로 다양하며, 한 시간당 수 ㎤만큼 작은 범위로부터 시간 당 수천 갤론에 이르기까지의 유속이 가능하다.The size of units that can use the process according to the invention can vary from the test plant level to the commercial level, and flow rates can range from as little as a few cm 3 per hour to thousands of gallons per hour.

다른 구체예에서 본 발명은 입실론 카프로락탐과 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진로 이루어지는 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 공정과 부분적으로 관련되며, 상기 공정은 용액에서 용해도 한계를 넘을 때 입실론 카프로락탐만이 결정화되는 성분계의 조성을 가지는 혼합물인, 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진 및 입실론 카프로락탐의 비공융 혼합물을 함유하는 초기 용액을 제공하는 단계, 및 초기 용액에서 존재했던 것보다 상대적으로 적은 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진을 함유하는 결정성 입실론 카프로락탐을 형성하기 위하여 입실론 카프로락탐의 용해도 한계를 넘는 조건하에서 그리고 혼합물의 공융점 이상의 온도로 용액을 유지하는 단계로 이루어진다. 일단 결정화 분리 공정이 완성되면, 상기한 바와 같은 더 순수한 형태로 입실론 카프로락탐을 분리하기 위하여 이들의 용액으로부터 입실론 카프로락탐을 흡착분리하는 단계가 더 포함될 수도 있다. 흡착은 상기한 바와 같이 단독으로 사용될 수도 있다.In another embodiment the present invention relates to epsilon caprolactam with 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piper. Partially associated with a process for separating epsilon caprolactam from a mixture of one or more epsilon caprolactam isomers or octahydrophenazines selected from the group consisting of dinons, the process being involved in the solution when the solubility limit is exceeded in solution. 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piper, which are mixtures having only the composition of the component system in which only crystallization occurs Providing an initial solution containing one or more epsilon caprolactam isomers or non- eutectic mixtures of octahydrophenazine and epsilon caprolactam selected from the group consisting of dinons, and an initial solution Maintain the solution at conditions above the solubility limit of epsilon caprolactam and at temperatures above the eutectic melting point of the mixture to form crystalline epsilon caprolactam containing relatively less epsilon caprolactam isomers or octahydrophenazine than were present at It consists of steps. Once the crystallization separation process is completed, further comprising adsorbing separation of epsilon caprolactam from their solution to separate epsilon caprolactam in a more pure form as described above. Adsorption may be used alone as described above.

적절한 용매는 액상 입실론 카프로락탐을 사용하거나 고체 입실론 카프로락탐(용융 결정화가 사용될 때)을 용융시킴으로써 제공될 수 있다. 그러나, 적절한 용액은 적절한 용매(예: 흡착 분리가 수행되는 용매) 내에 용해된 입실론 카프로락탐으로 이루어지는 것이 일반적이다. 입실론 카프로락탐을 용해시키는 어떠한 용매도 사용될 수 있다. 적절한 용매의 예는 메탄올, 에틸 에테르, 시클로펜탄, 아세톤, 메틸아세테이트, 이소프로필에테르, 헥산, 메틸 시클로펜탄, 에틸 아세테이트, 에탄올, 벤젠, 시클로헥산, 아세토니트릴, 프로판올, 프로피오니트릴, 물, 톨루엔, 시클로헵탄, 에틸벤젠, p-크실렌, 시클로옥탄, 케톤(예: 아세톤), 에스테르(예: 에틸 아세테이트), 탄화수소(예: 톨루엔), 니트로탄화수소(예: 니트로벤젠) 및 에테르[예: 테트라하이드로퓨란(THF) 및 글림(glyme)]을 포함한다. 둘 또는 그 이상의 용매 혼합물은 원하는 입실론 카프로락탐의 양 및 순도를 최대화하기 위하여 사용될 수 있다. 사용되는 용액은 입실론 카프로락탐 형성 반응의 조 반응 생성물(예: 촉매 및 부산물)에 존재하는 다른 물질을 포함할 수도 있다. 용액 내의 입실론 카프로락탐의 농도는 용매 내의 입실론 카프로락탐 용해도에 의하여 제한될 것이다. 본 발명에 유용한 결정화 기술의 예는 미국특허 제5,430,194호, 및 제5,675,022호에 기재되어 있다.Suitable solvents may be provided by using liquid epsilon caprolactam or by melting solid epsilon caprolactam (when melt crystallization is used). However, it is common for a suitable solution to consist of epsilon caprolactam dissolved in a suitable solvent (eg a solvent in which adsorptive separation is carried out). Any solvent that dissolves epsilon caprolactam can be used. Examples of suitable solvents are methanol, ethyl ether, cyclopentane, acetone, methyl acetate, isopropyl ether, hexane, methyl cyclopentane, ethyl acetate, ethanol, benzene, cyclohexane, acetonitrile, propanol, propionitrile, water, toluene , Cycloheptane, ethylbenzene, p-xylene, cyclooctane, ketones such as acetone, esters such as ethyl acetate, hydrocarbons such as toluene, nitrohydrocarbons such as nitrobenzene, and ethers such as tetra Hydrofuran (THF) and glyme]. Two or more solvent mixtures may be used to maximize the amount and purity of the desired epsilon caprolactam. The solution used may comprise other substances present in the crude reaction products (eg catalysts and by-products) of the epsilon caprolactam forming reaction. The concentration of epsilon caprolactam in solution will be limited by the solubility of epsilon caprolactam in the solvent. Examples of crystallization techniques useful in the present invention are described in US Pat. Nos. 5,430,194, and 5,675,022.

본 발명의 공정에서, 입실론 카프로락탐을 함유하는 용액은 원하는 입실론 카프로락탐의 용해도 한계를 넘을 정도의 조건하에서 유지된다. 이러한 조건은 용액에 비용매 첨가, 용액으로부터 어떠한 용매를 제거, 및 바람직하게는 용액의 냉각(용액의 진공 냉각 포함)을 포함한다. 이러한 조건이 결합되면 원하는 결정화 효과를 얻는데 사용될 수 있다.In the process of the invention, the solution containing epsilon caprolactam is maintained under conditions beyond the solubility limit of the desired epsilon caprolactam. Such conditions include adding a nonsolvent to the solution, removing any solvent from the solution, and preferably cooling the solution (including vacuum cooling of the solution). When these conditions are combined, they can be used to achieve the desired crystallization effect.

용매 제거를 사용함으로써 결정화하는 것에 대하여, 용매 상 압력이 고정된다면 용액이 끓을 때까지 주어진 열이 용액 온도를 증가시킬 것이라는 것을 주목하여야 한다. 열이 계속 가해질 때, 용매는 증발되어 용액이 포화될 것이다. 이 시점에서, 용액 농도는 일정하게 유지되고(Gibbs Phase Rule), 계속된 가열로 용질(즉, 원하는 입실론 카프로락탐)이 침전될 것이다. 반대로, 증가된 온도와 함께 용해도 증가를 보이는 포화 용액 상의 압력이 점점 줄어든다면, 용액 온도는 낮아지고 이에 따른 냉각이 용질(즉, 원하는 입실론 카프로락탐)의 침전(결정화)을 일으킬 것이다.For crystallization by using solvent removal, it should be noted that if the solvent phase pressure is fixed, the given heat will increase the solution temperature until the solution boils. As heat continues to be applied, the solvent will evaporate and the solution will be saturated. At this point, the solution concentration will remain constant (Gibbs Phase Rule) and the solute (ie desired epsilon caprolactam) will precipitate with continued heating. Conversely, if the pressure on a saturated solution with increasing solubility increases with decreasing temperature, the solution temperature is lowered and the cooling will result in precipitation (crystallization) of the solute (ie desired epsilon caprolactam).

비용매(예: 헥산) 첨가를 사용하는 결정화에 대하여, 용매와 섞이는 포화 용액에 액체를 첨가하는 것은, 그러나 그 안에 용질이 제한된 용해도를 가지는 경우는 용질(즉, 입실론 카프로락탐)이 침전(결정화)될 것이다.For crystallization using nonsolvent addition, such as hexane, the addition of a liquid to a saturated solution mixed with a solvent, however, causes the solute (ie, epsilon caprolactam) to precipitate (crystallize) if the solute has limited solubility therein. Will be

본 발명의 설명이 하기에 나타난 바와 같이 비록 냉각에 의한 결정화에 주로 관련되지만, 본 발명은 원하는 결정을 얻기 위한 어떠한 조건도 포함된다.Although the description of the present invention mainly relates to crystallization by cooling as shown below, the present invention includes any conditions for obtaining the desired crystals.

만약 혼합물이 혼합물 용액을 냉각할 때 입실론 카프로락탐 만이 결정화되는 성분계라면, 본 발명은 입실론 카프로락탐의 이성체와 입실론 카프로락탐을 함유하는 혼합물로부터 입실론 카프로락탐을 분리하는 데 적용시킬 수 있다. 적절한 혼합물은 입실론 카프로락탐 화합물(하기에 설명되는 도 10에 도시) 응집체의 혼합물을 포함한다.If the mixture is a component system in which only epsilon caprolactam crystallizes when cooling the mixture solution, the present invention can be applied to separate epsilon caprolactam from a mixture containing isomers of epsilon caprolactam and epsilon caprolactam. Suitable mixtures include mixtures of epsilon caprolactam compound (shown in FIG. 10 described below) aggregates.

분리될 입실론 카프로락탐이 응집체일 때, 본 발명을 실시할 때 나타나는 결정화 현상은 일반적으로 X(즉, 입실론 카프로락탐의 이성체) 및 Y(즉, 입실론 카프로락탐)의 상 도표인 도 10에 도시된 인자에 의하여 조절된다. 도 10에서 영역(즉, 성분계) I는 X 및 Y를 함유하는 불포화 용액을 나타내고, 영역(즉, 성분계) II는 Y의 결정체와 X 및 Y를 함유하는 포화 용액이 공존하는 곳에 해당되며, 영역(즉, 성분계) III은 X의 결정체와 X 및 Y를 함유하는 포화 용액이 공존하는 곳을 나타내며, 영역(즉, 성분계) IV는 X 및 Y의 결정 혼합물에 해당된다. 곡선분리영역(즉, 성분계) I과 II는 Y의 용해도 곡선이며, 반면 곡선분리영역(즉, 성분계) I과 III은 고체 X와 X 및 Y를 함유하는 해당 용액 사이의 상 평형을 위한 곡선이다. 고체 X, 고체 Y, X 및 Y에 의하여 포화된 조성물 E를 갖는 용액이 있는 E 지점에서의 곡선 교차점은 평형지점이다. tx와ty지점은 각각 순수한 X와 Y 성분의 융점이다.When the epsilon caprolactam to be isolated is an aggregate, the crystallization phenomena that occur when practicing the present invention are generally shown in FIG. 10, which is a phase diagram of X (i.e. Controlled by a factor. In FIG. 10, region (i.e., component system) I represents an unsaturated solution containing X and Y, and region (i.e., component system) II corresponds to where crystals of Y and a saturated solution containing X and Y coexist, (I.e., component system) III indicates where the crystals of X and the saturated solution containing X and Y coexist, and the region (i.e. component system) IV corresponds to the crystal mixture of X and Y. Curved separation regions (i.e. component systems) I and II are the solubility curves of Y, while curved separation regions (i.e. component systems) I and III are curves for phase equilibrium between solids X and corresponding solutions containing X and Y. . The curve intersection at point E with the solution having composition E saturated by solids X, solids Y, X and Y is the point of equilibrium. The points t x and t y are the melting points of the pure X and Y components, respectively.

X 및 Y를 함유하는 불포화 용액(도 10의 A 지점으로 나타남)이 냉각되면, 용액의 조성은 변하지 않고, 따라서 냉각 용액을 나타내는 지점이 상 도표(도 10)의 수직 아래로 움직인다. 계속된 냉각으로, 이 수직선은 Y 결정의 분리에 해당되는 영역 경계 상에 있는 B 지점에서 용해도 곡선과 교차된다. 계속 냉각될 때, 성분 Y 결정만 분리되어 용액에는 성분 Y가 고갈되고, 따라서, 용액의 조성은 오른쪽에서 왼쪽으로 용해도 곡선을 따라 이동해간다. 예를 들어, C 지점에 해당되는 온도 이하로 용액을 냉각시킬 때, 조성물 F의 결정과 D 지점에 해당되는 조성을 가진 모액(용융 또는 용액)은중량비에서 평형이 된다. 온도가 계속 내려가면 액상(용액)을 나타내는 지점이 E 지점을 향해서 용해도 곡선을 따라 이동한다. 결국 G 지점에 해당되는 온도에서 H 결정은 조성물 E 용액과 평형이 된다. 용액 E는 양 성분으로 포화되고, 따라서, 양 성분의 결정은 열을 계속 제거할 때 일정한 온도 te에서 일정한 조성을 가진 액상(용액)으로부터 분리된다. 따라서, 온도 te는 단일 성분 결정이 용액으로부터 얻어질 수 있는 가장 낮은 온도이다. 초기 용액 A에서, Y 결정의 최대 획득량 대 E 모액의 중량비는선분의 비에 의하여 주어진다. E 지점은 공융점이라고도 불리고, 온도 tE는 공융온도이고, E 지점에 해당되는 조성을 가진 X 및 Y의 혼합물은 공융혼합물이다.When the unsaturated solution containing X and Y (represented by point A in FIG. 10) is cooled, the composition of the solution does not change, so the point representing the cooling solution moves down the vertical of the phase diagram (FIG. 10). With continued cooling, this vertical line intersects the solubility curve at point B on the region boundary corresponding to the separation of the Y crystals. As it continues to cool, only the component Y crystals separate and the solution depletes component Y, thus the composition of the solution moves along the solubility curve from right to left. For example, when cooling the solution below the temperature corresponding to point C, the mother liquor (melt or solution) with the crystals of composition F and the composition corresponding to point D Equilibrium in weight ratio. As the temperature continues to drop, the point representing the liquid phase (solution) moves along the solubility curve towards point E. Eventually, at the temperature corresponding to point G, the H crystals are in equilibrium with the composition E solution. Solution E is saturated with both components, and therefore the crystals of both components are separated from the liquid phase (solution) having a constant composition at a constant temperature t e when heat is continuously removed. Thus, the temperature t e is the lowest temperature at which single component crystals can be obtained from solution. In the initial solution A, the weight ratio of the maximum amount of Y crystals obtained to the E mother liquor is Given by the ratio of the segments. The point E is also called the eutectic point, the temperature t E is the eutectic temperature, and the mixture of X and Y with the composition corresponding to the point E is a eutectic mixture.

원하는 입실론 카프로락탐 만이 결정화로 얻어지는 성분계에서, 비공융 입실론 카프로락탐 혼합물을 함유하는 용액을 사용하여 결정화가 진행된다. 냉각에 의하여 결정화하는 동안, 입실론 카프로락탐의 상대적 농도, 용액 온도의 일정성, 냉각속도, 및 냉각온도는 원하는 입실론 카프로락탐 만을 결정화하는 지대에서 입실론 카프로락탐의 농도가 유지되도록 하기 위하여 조절된다. 따라서, 도 10을 참고로, 성분 Y만이 결정화되기 위하여 입실론 카프로락탐의 상대적 농도가 공융 농도(E)의 오른편이 되도록 조절되어야 한다. 결정화하는 동안(용액에서 Y의 농도가 공융농도, E를 향하여 용해도 곡선 상에서 왼쪽으로 이동될 때), 공융농도 및/또는 온도에 도달되기 전에 결정화를 중지함으로써 적절한 농도가 유지된다.In a component system in which only desired epsilon caprolactam is obtained by crystallization, crystallization proceeds using a solution containing a non- eutectic epsilon caprolactam mixture. During crystallization by cooling, the relative concentration of epsilon caprolactam, the constant of the solution temperature, the cooling rate, and the cooling temperature are adjusted to maintain the concentration of epsilon caprolactam in the zone in which only the desired epsilon caprolactam is crystallized. Thus, referring to FIG. 10, only the component Y must be adjusted so that the relative concentration of epsilon caprolactam is to the right of the eutectic concentration (E). During crystallization (when the concentration of Y in the solution is shifted left on the solubility curve towards the eutectic concentration, E), the appropriate concentration is maintained by stopping the crystallization before reaching the eutectic concentration and / or temperature.

만약 혼합물이 냉각될 때 조성물이 원하는 입실론 카프로락탐 만을 결정화시키는 영역에 있다면, 본 발명의 공정에 유용한 입실론 카프로락탐 혼합물은 혼합물이 공융인 조성물과는 다른 어떠한 조성(즉, 혼합물이 비공융)이라도 가질 수 있다. 비공융 혼합물 사용이 필요한 이유는 일반적으로 원하지 않는 이성체가 받아들여지지 않을 정도로 많이 공융 혼합물로부터 결정화되기 때문이다.If the composition is in a region where only the desired epsilon caprolactam crystallizes when the mixture is cooled, the epsilon caprolactam mixture useful in the process of the present invention may have any composition other than the composition in which the mixture is eutectic (ie, the mixture is non- eutectic). Can be. The use of non-eutectic mixtures is generally necessary because undesired isomers are crystallized from eutectic mixtures so much that they are unacceptable.

본 발명의 한 구체예에서, 입실론 카프로락탐을 함유한 용액은 원하는 입실론 카프로락탐의 결정화에 효과가 있도록 냉각된다. 우선 결정이 초기 결정 온도 바로 아래 온도에서 생성된 후 용액의 온도는 약간 상승될 수 있고, 그 다음 온도가 다시 낮아질 수 있다. 이러한 기술은 더 작은 결정이 다시 용해되고 더 큰 결정이 더 크게 자랄 수 있도록 하여 그 결과 용액으로부터 더 나은 결정이 생기도록 한다. 낮은 온도가 더 높은 수율을 얻게 한다는 점에서 결정화 온도는 생성물 순도 및 수율에 영향이 있다. 진공 냉각은 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solution containing epsilon caprolactam is cooled to be effective for crystallization of the desired epsilon caprolactam. First the crystal is produced at a temperature just below the initial crystal temperature, then the temperature of the solution can be raised slightly and then the temperature can be lowered again. This technique allows smaller crystals to dissolve again and larger crystals to grow larger, resulting in better crystals from solution. Crystallization temperature affects product purity and yield in that lower temperatures yield higher yields. Vacuum cooling can be used in the practice of the present invention.

본 발명의 다른 구체예에서, 원한다면 결정화는 단계 중에서 냉각에 의하여 실행된다. 즉, 입실론 카프로락탐의 초기 용액은 원하는 입실론 카프로락탐이 결정화되는 온도로 냉각되어 결정이 완성될 때까지 그 온도로 유지될 수 있다. 그 다음 결정은 여과분을 제조하기 위하여 남아있는 용액으로부터 여과될 수 있고 상기 여과분은 원하는 입실론 카프로락탐의 더 많은 양을 결정화하기 위하여 다시 냉각될 수 있다. 냉각-결정-여과-냉각 단계는 원하는 만큼 반복될 수 있다. 단계별 작업의 장점은 원하는 입실론 카프로락탐의 수율을 증가시켜 준다는 것이다. 각 냉각 단계 사이에 용매 약간을 제거하는 것이 바람직하다.In another embodiment of the invention, crystallization, if desired, is carried out by cooling in stages. That is, the initial solution of epsilon caprolactam can be cooled to the temperature at which the desired epsilon caprolactam is crystallized and maintained at that temperature until crystallization is complete. The crystals can then be filtered out of the remaining solution to produce a filtered fraction which can be cooled again to crystallize a larger amount of desired epsilon caprolactam. The cooling-crystal-filtration-cooling step can be repeated as desired. The advantage of the stepwise operation is that it increases the yield of desired epsilon caprolactam. It is desirable to remove some of the solvent between each cooling step.

본 발명을 실시하는 데 있어서, 원하는 입실론 카프로락탐의 결정화는 일반적인 어떠한 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 바람직한 장치는 미국특허 제3,621,664호에 개시된 낙하 필름 결정화기(falling film crystallizer)이며, 상기 장치는 반대편 벽면으로부터 냉각되는 수직 벽 표면(일반적으로 금속)을 가진다. 액상(즉, 입실론 카프로락탐 용액)이 벽면 위에 퍼지는 훨씬 더 작은 스트림같은 필름처럼 흐를 때, 액상이 필름인 경우의 유량이 다른 경우와 동일한 유량, 젖은 가장자리, 및 파이프와 같은 수단의 전체 단면을 채울 때 얻어지는 경우보다 훨씬 더 잘 분리된다. 그 이유는 필름의 경우 흐름은 소용돌이이지만, 다른 경우에는 라미나 흐름(laminar flow)을 나타내는 레이놀드 수가 1600인 흐름이기 때문이다. 낙하 필름에서 소용돌이 흐름은 분자 확산에 의하여 일어나는 매스 전달이 있는 (1-3)/10 밀리미터 두께의 라미나 경계층을 가지는 반면 완전 라미나 흐름을 위한 이러한 경계층은 약 10 밀리미터 정도의 두께이다. 결정화 속도가 대규모 공정에서 요구되는 것과 같이 시간 당 약 1 ㎝일 때, 액상에서의 분자 확산 계수가 약 10-5㎠/sec일 때, 미국특허 제3,621,664호에서 개시된 실분포 계수 식은 최적치에 가까워지는 분포계수가 필름 흐름과 함께 얻어진다는 것을 나타낸다; 반면 다른 경우 분포계수는 1에 가까워져 실제적으로 분리가 일어나지 않음을 나타낸다. 만약 다른 경우 분리가 잘 되기를 원한다면, 레이놀드 수는 높아져야만 하는데 이것은 특히 점성 액체에서 작동을 비경제적으로 만드는 더 많은 흐름과 더 많은 전력소비를 필요로 하게 된다.In practicing the present invention, the crystallization of the desired epsilon caprolactam can be carried out using any conventional apparatus. A preferred device is the falling film crystallizer disclosed in US Pat. No. 3,621,664, which has a vertical wall surface (generally metal) that is cooled from the opposite wall surface. When the liquid phase (i.e. epsilon caprolactam solution) flows like a much smaller streamlike film that spreads over the wall, the flow rate when the liquid phase is a film fills the same flow rate, wet edges, and the entire cross section of the means, such as pipes. When separated much better than when obtained. This is because in the case of films the flow is vortex, but in other cases the flow has a Reynolds number of 1600 representing the laminar flow. The vortex flow in the falling film has a (1-3) / 10 millimeter thick lamina boundary layer with mass transfer caused by molecular diffusion while the boundary layer for full lamina flow is about 10 millimeters thick. When the crystallization rate is about 1 cm per hour as required in large scale processes, and the molecular diffusion coefficient in the liquid phase is about 10 −5 cm 2 / sec, the true distribution coefficient equation disclosed in US Pat. No. 3,621,664 is close to optimal. Indicates that a distribution coefficient is obtained with the film flow; In other cases, the distribution coefficient is close to 1, indicating that no separation actually occurs. If you want to separate well in other cases, the Reynolds number must be high, which requires more flow and more power, especially in viscous liquids, which makes the operation uneconomical.

결정화 동안 원하는 입실론 카프로락탐은 필름 표면에 나타나는 굴곡이 혼합 작용을 일으킨다면 라미나 지대에서조차도 미국특허 제3,621,664호의 장치에서 잘 분리될 수 있다. 여기서의 층 두께는 역시 (1-3)/10 밀리미터이고 따라서, 분리가 잘 된다. 처리되는 액체 양과 순환펌프에 의하여 소비되는 전력은 비교적 적다. 바람직한 구체예에서 결정화기의 냉각된 수직 벽은 원하는 수만큼의 수직, 수평 튜브, 필름처럼 튜브 내벽 아래로 흐를 수 있는 분배기에 의하여 튜브 상부에 도입되는 액체, 및 튜브 주위 재킷을 채우는 냉매를 가지는 튜브 묶음 형태이다. 결정화기의 하단부는 액상을 수집하기 위한 탱크와 연결된다.The desired epsilon caprolactam during crystallization can be well separated in the apparatus of US Pat. No. 3,621,664 even in the lamina zone if the curvature appearing on the film surface causes a mixing action. The layer thickness here is also (1-3) / 10 millimeters and therefore is well separated. The amount of liquid to be treated and the power consumed by the circulation pump are relatively small. In a preferred embodiment the cooled vertical wall of the crystallizer is a tube having the desired number of vertical, horizontal tubes, liquid introduced above the tube by a distributor which can flow down the tube inner wall like a film, and a refrigerant filling the jacket around the tube It is a bundle. The lower end of the crystallizer is connected with a tank for collecting the liquid phase.

원하는 입실론 카프로락탐 결정은 일반적으로 낙하 필름 결정화기의 내부 표면 위에 형성된다. 결정은 원하는 결정의 실질적 분해를 피하기 위하여 원하는 결정의 융점 아래의 온도에서 용매(예: 아세톤)에 결정을 녹임으로써 제거된다.Desired epsilon caprolactam crystals are generally formed on the inner surface of the falling film crystallizer. Crystals are removed by dissolving the crystals in a solvent (eg acetone) at a temperature below the melting point of the desired crystal to avoid substantial degradation of the desired crystal.

미국특허 제3,621,664호 장치의 두 가지 다른 배열이 공업적 단위로 본 발명에 따라 결정화하는 데 사용될 수 있다. 그 중 한 배열에서, 결정은 액상의 강한 횡단 흐름을 일으키는 격벽판을 가진 얇고 평행한 튜브로 이루어진 열교환기의 바깥 표면 위에 나타난다. 다른 한 배열에서는 결정이 수평 파이프 격자의 바깥 표면 위에 형성되며, 액상은 상기 격자 위로 흘러내린다. 양 쪽 배열 모두 파이프 근처의 횡단 흐름은 일반적인 혼합 작용을 제공하는 소용돌이를 일으키고, 따라서 각 파이프에서 라미나 경계층은 매우 얇다. 드러난 횡단 흐름을 일으킬 수 있는 흐름 내에 위치한 냉각된, 어떤 경우는 가열된 짧은 핀(fin) 또는 격자판에서 비슷한 결과가 얻어진다.Two different arrangements of the U.S. Patent No. 3,621,664 can be used to crystallize according to the invention in industrial units. In one such arrangement, crystals appear on the outer surface of a heat exchanger consisting of thin, parallel tubes with bulkheads that produce a strong transverse flow of liquid phase. In another arrangement, crystals form on the outer surface of the horizontal pipe lattice and liquid phase flows down the lattice. In both arrangements the transverse flow near the pipes creates a vortex that provides a general mixing action, so the lamina boundary layer in each pipe is very thin. Similar results are obtained with cooled, in some cases heated short fins or gratings located within the flow which can cause the exposed cross flow.

바람직한 결정화 장치에서 결정화기로 들어가기 전에 유동상을 주기적으로 간단히 가열(어떤 경우는 냉각)함으로써 결정화하는 동안의 분리는 향상되어질 것이다. 이러한 장치는 부드러운 결정 표면을 제공하고, 결정층 내의 모액의 바람직하지 않은 막힘을 동반한 모수석의(dendritic) 또는 평평하지 않은 결정의 성장을 피하게 한다.Separation during crystallization will be improved by simply heating (in some cases cooling) the fluidized bed before entering the crystallizer in the preferred crystallizer. Such a device provides a smooth crystalline surface and avoids the growth of dendritic or uneven crystals with undesirable blockage of the mother liquor in the crystal layer.

상기의 바람직한 결정화 장치에서 가장 순수한 형태로 원하는 성분 단계가 나타나고 불순물의 최고 농도 단계로 시작하는, 단일 결정화가 순환적으로 반복되는 식으로, 단일 장치에서 결정화는 편리하게 수행된다. 결정화기의 표면 위에 있는 소량의 모액(즉, 입실론 카프로락탐 용액)이 계속되는 단계의 결정화를 약간만 오염시키고 한 사이클이 끝나고 다시 다른 사이클이 시작될 때, "가장 순수한" 단계에서 "가장 순수하지 못한" 단계로 가는 것은 분리에 영향을 주지 않는다.Crystallization in a single device is conveniently carried out in such a way that a single crystallization is cyclically repeated, in which the desired component steps appear in the purest form in the above preferred crystallizing device and start with the highest concentration step of impurities. A small amount of mother liquor (i.e. epsilon caprolactam solution) on the surface of the crystallizer slightly contaminates the crystallization of the subsequent phases, and when one cycle ends and another cycle begins, the "pureest" phase to the "not purest" phase Going to does not affect separation.

결정화 공정은 불활성 대기 중에서 바람직한 결정화 장치 내에서 실시될 수 있다. 최종 단계의 결정은 증류 또는 부분 용융으로 더 정제될 수 있고 덜 정제된 분리물질은 마지막 단계로 되돌아간다. 결정화가 일어나는 표면은 필름형으로 결정화기 벽면 반대표면 위로 열 교환 매질을 흘려 냉각시킬 수 있다. 이 표면은 수직, 수평, 또는 그 사이 어떤 각도도 될 수 있다.The crystallization process can be carried out in a preferred crystallization apparatus in an inert atmosphere. The determination of the final stage can be further purified by distillation or partial melting and the less purified separation material is returned to the last stage. The surface on which crystallization takes place can be cooled by flowing a heat exchange medium over the surface opposite the crystallizer wall in a film form. This surface can be vertical, horizontal, or any angle in between.

본 발명의 공정에서 제조되는 원하는 입실론 카프로락탐 결정은 출발 액체가 함유하는 입실론 카프로락탐보다 다른 불순물을 훨씬 적게 가진다. 그러나, 다른 불순물 중 어떤 것은 결정이 형성되는 곳으로부터 용액의 불완전한 배출이나 유지, 교합(occlusion) 때문에 결정 내에 존재할 수 있다. 따라서, 본 발명의 공정은 매우 높은 순도를 가지는 입실론 카프로락탐을 제공한다. 본 발명의 공정에 의하여 바람직하게는 순도 98 % 이상, 더욱 바람직하게는 99 % 이상으로 얻어질 수 있다.The desired epsilon caprolactam crystals produced in the process of the present invention have much less other impurities than the epsilon caprolactam contained in the starting liquid. However, some of the other impurities may be present in the crystal due to incomplete release, retention, or occlusion of the solution from where the crystal is formed. Thus, the process of the present invention provides epsilon caprolactam with very high purity. By the process of the present invention it can be preferably obtained with a purity of 98% or more, more preferably 99% or more.

결정화와 흡착분리를 결합시킨 구체예에서, 이 기술의 주된 장점은 공급 흐름의 순도가 입실론 카프로락탐 약 10 내지 95 %일 때 흡착이 가장 잘된다는 것과 약 95 내지 99.5 % 순도를 달성할 수 있다는 것이다. 공급물이 가능한 한 높은 순도를 가질 때 결정화는 가장 잘 되며 약 99.5 % 이상의 순도를 얻을 수 있다. 결합 기술의 다른 장점은 입실론 카프로락탐의 농도가 공융 조성물의 농도보다 작거나 같은 경우 용액으로부터 입실론 카프로락탐을 정제할 수 있다는 것이다. 따라서, 결합 기술에서 더 경제적인 과정을 위하여 이들의 최적범위에서 흡착과 결정화를 사용할 수 있다. 또한, 표준 결정화 공정에서, 모액은 그 수율을 향상시키기 위하여 재동작되거나 교체된다. 결합 기술에서 모액은 재사용되기 위하여 흡착 공정으로 되돌아갈 수 있다. 또한 결합기술은 상기한 바와 같은 높은 순도와 더 작은 흡착 컬럼, 그리고 더 작은 양의 용매 사용을 가능하게 한다. 결정화와 흡착 분리의 결합은 라피네이트 또는 추출물을 가지고 실시될 수도 있다. 라피네이트를 정제하기 위하여 라피네이트 내 용매 양이 일반적으로 추출물보다는 적기 때문에 추출물을 정화시키는데에도 장점이 있다. 따라서, 용매 회수 비용은 줄어들고 결정화 비용은 절감될 것이다.In embodiments that combine crystallization and adsorptive separation, the main advantages of this technique are that adsorption is best when the feed stream purity is about 10-95% epsilon caprolactam and that about 95-99.5% purity can be achieved. . Crystallization is best when the feed is as high as possible and a purity of about 99.5% or more can be achieved. Another advantage of the binding technique is that the epsilon caprolactam can be purified from solution if the concentration of epsilon caprolactam is less than or equal to the concentration of the eutectic composition. Thus, adsorption and crystallization can be used in their optimum range for a more economical process in the binding technique. In addition, in standard crystallization processes, the mother liquor is reworked or replaced to improve its yield. In the binding technique the mother liquor can be returned to the adsorption process for reuse. The bonding technique also allows for the use of higher purity and smaller adsorption columns, and smaller amounts of solvent as described above. The combination of crystallization and adsorptive separation may be effected with raffinate or extract. There is also an advantage in purifying the extract because the amount of solvent in the raffinate is generally less than the extract for purifying the raffinate. Thus, solvent recovery costs will be reduced and crystallization costs will be saved.

비보유 공정(non-retentive process)에서, 즉 원하는 종이 원하지 않는 종류에 비하여 매우 강하게 흡착되지는 않는 경우, 결합 공정은 용액 결정화 또는 용융 결정화로 실시될 수 있다. 용융 결정화의 장점은 하나 적은 증류 컬럼이 사용되는 것이다. 물론 어떤 화학 물질 종류는 용융물보다 훨씬 더 쉽게 용액으로부터 결정화된다. 상기한 바와 같이 도 11은 원하는 종류가 비보유성이고 용융 결정화가 사용되는 예를 도시하고 있다. 공급물은 탈착 용매가 공급되는 곳으로 이동 베드 모의 실험 공정에 공급된다. 원하지 않는 종을 포함한 추출물은 용매를 회수하기 위하여 증류 컬럼(바람직하게는, 용매가 충분한 휘발성을 가진다면 플래쉬 탱크)으로 보내어진다. 이러한 용매는 용매 공급 흐름으로 재순환된다. 원하는 종을 함유하는 라피네이트는 증류 컬럼으로 보내어지는데, 용액은 회수되어 용매 공급 시스템으로 되돌아간다. 컬럼(물질을 유체로 유지하기 위하여 가열되는 상태)으로부터 기저부는 결정화기로 보내어지고 원하는 생성물이 용융상태에서 더 정제된다. 결정은 생성물로부터 제거되고 모액은 모의실험 이동 베드의 공급물로 되돌아간다.In a non-retentive process, ie when the desired species are not very strongly adsorbed relative to the unwanted species, the bonding process can be carried out by solution crystallization or melt crystallization. The advantage of melt crystallization is that one less distillation column is used. Of course, some chemical species crystallize out of solution much more easily than melts. As described above, Fig. 11 shows an example in which the desired kind is non-holding and melt crystallization is used. The feed is fed to a mobile bed simulation process where desorption solvent is supplied. Extracts containing unwanted species are sent to a distillation column (preferably a flash tank if the solvent has sufficient volatility) to recover the solvent. This solvent is recycled to the solvent feed stream. The raffinate containing the desired species is sent to a distillation column where the solution is recovered and returned to the solvent supply system. From the column (which is heated to keep the material fluid) the base is sent to the crystallizer and the desired product is further purified in the molten state. Crystals are removed from the product and the mother liquor is returned to the feed of the simulated moving bed.

상기한 바와 같이 도 12는 용융 결정화가 사용될 수 없고 용액 결정화가 사용될 수 있을 때의 예를 도시하고 있다. 흐름도는 약간 변경되었고 다른 용매 교정 컬럼이 더 첨가되었다. 원하는 종을 다시 함유하는 라피네이트가 생성물이 결정화되는 결정화기로 먼저 보내어지는 것을 제외하고는 기본적으로는 도 11에 도시된 것과 같다. 물론 첨가된 컬럼은 결정화기로 공급될 흐름 안의 용매 양을 조정하기 위하여 위치될 수도 있다. 그러면 생성물은 모액이 증류 컬럼으로 보내어지고 상기 용매가 회수되고, 용매 회수 컬럼으로부터 기저부가 모의실험 이동베드로의 공급물로 되돌려 보내어지는 동안 증류컬럼에서 건조된다.As noted above, FIG. 12 shows an example when melt crystallization cannot be used and solution crystallization can be used. The flow chart was changed slightly and another solvent calibration column was added. It is basically the same as shown in FIG. 11 except that the raffinate containing the desired species is first sent to the crystallizer where the product crystallizes. The added column may of course also be positioned to adjust the amount of solvent in the stream to be fed to the crystallizer. The product is then dried in a distillation column while the mother liquor is sent to a distillation column and the solvent is recovered and the base from the solvent recovery column is returned to the feed to the simulation moving bed.

다음의 실시예는 본 발명을 더 구체화하기 위하여 제공된다.The following examples are provided to further refine the invention.

실시예Example

흡착 실시예Adsorption Example

실시예 제1 세트는 하기 표 1에 나타난 용매 내에 1 % 카프로락탐 및 1 % 4-에틸-2-피롤리디논(4-EP)을 포함하고 있는 용액을 가지고 실시하였다. 결과 용액은 출발용액처럼 분석되었다. 그 다음 이 용액 5 g에 고체 흡착제 1 g을 첨가하여 일정한 온도에서 밤새 교반한 다음 분석하였다. 흡착제 표면에 흡착된 카프로락탐의 양과 용액 중의 카프로락탐의 양의 비와 흡착제 표면에 흡착된 4-에틸-2-피롤리디논의 양과 용액 중의 4-에틸-2-피롤리디논의 양의 비가 계산되었다. 상기 비는 분배계수로 알려져 있다. 분배계수가 0.0이라는 것은 흡착제 표면에 흡착된 카프로락탐 또는 4-에틸-2-피롤리디논이 전혀 없다는 것을 의미한다. 온도, 용매, 흡착제, 및 카프로락탐 및 4-에틸-2-피롤리디논의 분배계수는 하기 표 1에 나타내었다. 흡착제 13X, LZ-20, LZ-10, FS-115, S115(실리칼라이트), 4A, 및 5A는 일리노이주, Des Plains, UOP로부터 구하였다. 흡착제 F400은 펜실베니아주, Pittsbergh, Calgon Corporation으로부터 구하였다.Example 1 The first set was carried out with a solution containing 1% caprolactam and 1% 4-ethyl-2-pyrrolidinone (4-EP) in the solvent shown in Table 1 below. The resulting solution was analyzed as starting solution. 5 g of this solution were then added with 1 g of solid adsorbent, stirred at constant temperature overnight and then analyzed. Calculate the ratio of the amount of caprolactam adsorbed on the adsorbent surface and the amount of caprolactam in the solution, the amount of 4-ethyl-2-pyrrolidinone adsorbed on the adsorbent surface and the amount of 4-ethyl-2-pyrrolidinone in the solution It became. This ratio is known as the partition coefficient. A partition coefficient of 0.0 means that there is no caprolactam or 4-ethyl-2-pyrrolidinone adsorbed on the adsorbent surface. The temperature, solvent, adsorbent, and partition coefficients of caprolactam and 4-ethyl-2-pyrrolidinone are shown in Table 1 below. Adsorbents 13X, LZ-20, LZ-10, FS-115, S115 (silicalite), 4A, and 5A were obtained from Des Plains, UOP, Illinois. Adsorbent F400 was obtained from Pittsbergh, Calgon Corporation, Pennsylvania.

온도(℃)Temperature (℃) 흡착제absorbent 용매menstruum 분배계수Distribution coefficient 카프로락탐Caprolactam 4-EP4-EP 8080 13X13X 시클로헥산Cyclohexane >250> 250 >250> 250 8080 LZ-20LZ-20 시클로헥산Cyclohexane 154.299154.299 177.072177.072 8080 LZ-10LZ-10 시클로헥산Cyclohexane 32.37932.379 37.77437.774 8080 F400F400 시클로헥산Cyclohexane 13.24013.240 46.53646.536 8080 13X13X 아세톤Acetone 6.0436.043 2.9322.932 8080 LZ-20LZ-20 아세톤Acetone 3.0233.023 2.6302.630 8080 LZ-10LZ-10 아세톤Acetone 1.8991.899 1.9191.919 8080 LZ-20LZ-20 메탄올Methanol 1.4601.460 0.3880.388 8080 FS-115FS-115 시클로헥산Cyclohexane 1.1421.142 69.59669.596 8080 F400F400 메탄올Methanol 0.8640.864 1.5411.541 8080 S115S115 아세톤Acetone 0.5540.554 1.8081.808 8080 LZ-10LZ-10 메탄올Methanol 0.4270.427 <0.01<0.01 8080 FS-115FS-115 메탄올Methanol <0.01<0.01 <0.01<0.01 8080 F400F400 아세톤Acetone <0.01<0.01 0.3720.372 8080 13X13X 메탄올Methanol <0.01<0.01 <0.01<0.01 8080 FS-115FS-115 아세톤Acetone <0.01<0.01 <0.01<0.01 8080 S115S115 시클로헥산Cyclohexane <0.01<0.01 27670.027670.0

온도(℃)Temperature (℃) 흡착제absorbent 용매menstruum 분배계수Distribution coefficient 카프로락탐Caprolactam 4-EP4-EP 6060 13X13X 시클로헥산Cyclohexane >250> 250 >250> 250 6060 LZ-20LZ-20 시클로헥산Cyclohexane 130.278130.278 164.785164.785 6060 LZ-10LZ-10 시클로헥산Cyclohexane 32.96232.962 38.65138.651 6060 F400F400 시클로헥산Cyclohexane 17.12217.122 63.33363.333 6060 13X13X 아세톤Acetone 8.5878.587 4.9304.930 6060 LZ-20LZ-20 아세톤Acetone 4.3964.396 3.9103.910 6060 FS-115FS-115 시클로헥산Cyclohexane 2.1122.112 >250> 250 6060 LZ-10LZ-10 아세톤Acetone 1.7551.755 1.7851.785 6060 S115S115 시클로헥산Cyclohexane 1.6371.637 >250> 250 6060 LZ-20LZ-20 메탄올Methanol 1.4431.443 0.7410.741 6060 F400F400 메탄올Methanol 1.4241.424 1.9891.989 6060 LZ-10LZ-10 메탄올Methanol 0.7440.744 0.4230.423 6060 F400F400 아세톤Acetone 0.3750.375 0.9640.964 6060 S115S115 아세톤Acetone 0.1870.187 3.2913.291 6060 FS-115FS-115 메탄올Methanol 0.1190.119 0.4370.437 6060 13X13X 메탄올Methanol <0.01<0.01 <0.01<0.01 6060 S115S115 메탄올Methanol <0.01<0.01 0.6450.645 6060 FS-115FS-115 아세톤Acetone <0.01<0.01 <0.01<0.01 6060 4A4A 시클로헥산Cyclohexane 0.1812560.181256 0.2761120.276112 6060 4A4A 메탄올Methanol 0.0070610.007061 0.0025420.002542 6060 4A4A 아세톤Acetone <0.01<0.01 <0.01<0.01 6060 5A5A 시클로헥산Cyclohexane <0.01<0.01 <0.01<0.01 6060 5A5A 아세톤Acetone <0.01<0.01 0.0845990.084599

표 1A에 나타난 바와 같이 작은 공극 흡착제, 특히 4A와 5A는 4-에틸-2-피롤리디논을 거의 또는 전혀 흡착시키지 않았다. 따라서, 5 Å 단위 또는 그 이하의 공극 크기를 가지는 흡착제는 4-에틸-2-피롤리디논을 선택적으로 흡착하기 위하여 바람직하지 않다.As shown in Table 1A, small pore adsorbents, especially 4A and 5A, did not adsorb little or no 4-ethyl-2-pyrrolidinone. Thus, adsorbents having a pore size of 5 kPa units or less are not preferred for the selective adsorption of 4-ethyl-2-pyrrolidinone.

더 큰 공극을 갖는 흡착제, 특히 13X, LZ-10, 및 LZ-20이 사용되고 용매로는 아세톤이 사용될 때, 카프로락탐과 4-에틸-2-피롤리디논의 분배계수는 0.0보다 훨씬 컸다. 메탄올이 용매로 사용될 때, 4-에틸-2-피롤리디논은 강하게 흡착되지 않았지만 카프로락탐과 4-에틸-2-피롤리디논의 흡착계수 차이는 작았다. 시클로헥산이 용매일 때, 4-에틸-2-피롤리디논은 매우 강하게 흡착되고, 카프로락탐은 적게 흡착된다. 따라서, 4-에틸-2-피롤리디논과 카프로락탐은 구분되지 않거나 공극 약 10 Å 이상이 사용될 때 너무 강하게 흡착된다.When larger adsorbents, especially 13X, LZ-10, and LZ-20, were used and acetone was used as the solvent, the partition coefficient of caprolactam and 4-ethyl-2-pyrrolidinone was much greater than 0.0. When methanol was used as a solvent, 4-ethyl-2-pyrrolidinone was not strongly adsorbed, but the adsorption coefficient difference between caprolactam and 4-ethyl-2-pyrrolidinone was small. When cyclohexane is the solvent, 4-ethyl-2-pyrrolidinone is very strongly adsorbed and caprolactam is less adsorbed. Thus, 4-ethyl-2-pyrrolidinone and caprolactam are adsorbed too strongly when indistinguishable or when at least about 10 GPa of voids are used.

약 6 Å 단위의 공극을 갖는 분자체, 특히 실리카라이트(S115)와 FS115가 사용될 때, 카프로락탐은 4-에틸-2-피롤리디논 만큼 강하게 흡착되지 않았다. 또한, 비분자체, 특히 탄소 F400이 사용될 때, 카프로락탐과 4-에틸-2-피롤리디논 사이의 분배계수에 커다란 차이가 발견되며, 카프로락탐이 덜 강하게 흡착된다. 이러한 차이는 카프로락탐의 정제를 위한 분리수단으로써 흡착을 이용할 수 있게 해 준다.When molecular sieves having pores of about 6 mm 3, in particular silicalite (S115) and FS115, caprolactam was not as strongly adsorbed as 4-ethyl-2-pyrrolidinone. In addition, when non-molecular bodies, especially carbon F400, are used, a large difference in the partition coefficient between caprolactam and 4-ethyl-2-pyrrolidinone is found, and caprolactam is adsorbed less strongly. This difference makes it possible to use adsorption as a separation means for the purification of caprolactam.

실시예 제2 세트는 하기 표 2에 정의된 용매 내에 1 % 카프로락탐, 1 % 5-메틸-2-피페르디논카프로락탐(5-MP), 및 1 % 4-에틸-2-피롤리디논(4-EP)를 포함한 용액을 가지고 실시하였다. 결과 용액은 출발용액처럼 분석되었다. 그 다음 이 용액 5 g에 고체 흡착제 1 g을 첨가하여 일정한 온도에서 밤새 교반한 다음 분석하였다. 흡착제 표면에 흡착된 카프로락탐의 양과 용액 중의 카프로락탐의 양의 비, 흡착제 표면에 흡착된 4-에틸-2-피롤리디논의 양과 용액 중의 4-에틸-2-피롤리디논의 양의 비, 및 흡착제 표면에 흡착된 5-메틸-2-피페르디논의 양과 용액 중의 5-메틸-2-피페르디논의 양의 비가 상기의 경우와 같이 계산되었다. 온도, 용매, 흡착제, 및 카프로락탐, 4-에틸-2-피롤리디논, 및 5-메틸-2-피페르디논의 분배계수는 하기 표 2에 나타내었다. 흡착제 S115(실리칼라이트)는 일리노이주, Des Plains, UOP로부터 구하였다. 흡착제 F400은 펜실베니아주, Pittsbergh, Calgon Corporation으로부터 구하였다.A second set of examples consisted of 1% caprolactam, 1% 5-methyl-2-piperidinone caprolactam (5-MP), and 1% 4-ethyl-2-pyrrolidinone in the solvents defined in Table 2 below. It was carried out with a solution containing (4-EP). The resulting solution was analyzed as starting solution. 5 g of this solution were then added with 1 g of solid adsorbent, stirred at constant temperature overnight and then analyzed. The ratio of the amount of caprolactam adsorbed to the adsorbent surface and the amount of caprolactam in the solution, the ratio of the amount of 4-ethyl-2-pyrrolidinone adsorbed to the adsorbent surface and the amount of 4-ethyl-2-pyrrolidinone in the solution, And the ratio of the amount of 5-methyl-2-piperidinone adsorbed on the adsorbent surface and the amount of 5-methyl-2-piperidinone in the solution was calculated as in the above case. The partition coefficients of temperature, solvent, adsorbent, and caprolactam, 4-ethyl-2-pyrrolidinone, and 5-methyl-2-piperidinone are shown in Table 2 below. Adsorbent S115 (silicalite) was obtained from Des Plains, UOP, Illinois. Adsorbent F400 was obtained from Pittsbergh, Calgon Corporation, Pennsylvania.

온도(℃)Temperature (℃) 용매menstruum 흡착제absorbent 끓는 점(℃)Boiling point (℃) 분배계수Distribution coefficient 카프로락탐Caprolactam 5MP5 MP 4EP4EP 2222 에틸에테르Ethyl ether S115S115 34.634.6 0.5570.557 2.8032.803 5.2185.218 6060 펜탄Pentane S115S115 36.036.0 <0.01<0.01 4.9814.981 4.1694.169 6060 시클로펜탄Cyclopentane S115S115 49.349.3 2.1702.170 10.61210.612 18.89318.893 6060 아세톤Acetone S115S115 56.156.1 0.1870.187 nd* nd * 3.2913.291 6060 메틸아세테이트Methyl acetate S115S115 56.956.9 0.3640.364 2.1952.195 1.4981.498 6060 메탄올Methanol S115S115 64.564.5 <0.01<0.01 0.9910.991 0.6450.645 2222 메탄올Methanol F400F400 64.564.5 1.7561.756 3.2563.256 2.1552.155 6060 이소프로필에테르Isopropyl ether S115S115 68.568.5 0.8380.838 12.75512.755 31.39931.399 6060 헥산Hexane S115S115 68.768.7 2.3292.329 8.5058.505 17.36617.366 6060 메틸시클로펜탄Methylcyclopentane S115S115 71.871.8 2.1592.159 9.1499.149 19.25919.259 6060 에틸아세테이트Ethyl acetate S115S115 77.177.1 0.1740.174 2.1142.114 1.4791.479 4040 에탄올ethanol S115S115 78.378.3 <0.01<0.01 <0.01<0.01 <0.01<0.01 6060 벤젠benzene S115S115 80.180.1 0.4890.489 5.2635.263 9.5999.599 6060 시클로헥산Cyclohexane S115S115 81.281.2 1.8271.827 13.73513.735 50.43050.430 2222 시클로헥산Cyclohexane F400F400 81.281.2 35.30735.307 178.313178.313 109.834109.834 6060 이소프로판올Isopropanol S115S115 82.282.2 <0.01<0.01 0.1870.187 0.0430.043 6060 아세토니트릴Acetonitrile S115S115 82.282.2 1.1781.178 1.6391.639 22 6060 프로판올Propanol S115S115 97.197.1 <0.01<0.01 <0.01<0.01 <0.01<0.01 6060 프로피오니트릴Propionitrile S115S115 98.198.1 61.63661.636 82.30982.309 70.28870.288 6060 water S115S115 100.0100.0 <0.01<0.01 6.6956.695 23.30723.307 6060 톨루엔toluene S115S115 110.6110.6 0.3740.374 4.6074.607 12.28212.282 6060 시클로헵탄Cycloheptane S115S115 118.8118.8 2.3262.326 26.39826.398 59.33159.331 6060 에틸벤젠Ethylbenzene S115S115 136.1136.1 1.5511.551 6.1166.116 19.87119.871 6060 p-크실렌p-xylene S115S115 138.5138.5 1.2571.257 3.7553.755 13.37213.372 6060 시클로옥탄Cyclooctane S115S115 151.1151.1 1.5671.567 15.21515.215 57.94957.949

*nd(not done)는 시험되지 않았음을 나타냄.* nd (not done) indicates not tested.

상기 표 2에 나타난 바와 같이 고분자량 알코올은 카프로락탐 이성체와 카프로락탐 자체의 분배계수 차이가 저분자량 알코올, 즉 메탄올보다 작았다. 펜탄과 에틸 에테르는 카프로락탐을 위한 낮은 분배계수를 나타내는 반면, 카프로락탐 이성체는 더 높은 분배계수를 나타내었다. 물이 용매로 사용되었을 때, 카프로락탐과 그 이성체 사이의 분배계수 차이는 훨씬 더 잘 나타났다. 비슷한 결과가 흡착제로서 활성탄을 사용한 경우에도 관찰되었다.As shown in Table 2, the difference in partition coefficient between caprolactam isomer and caprolactam itself was lower than that of low molecular weight alcohol, that is, methanol. Pentane and ethyl ethers exhibited a low partition coefficient for caprolactam, while caprolactam isomers showed a higher partition coefficient. When water was used as the solvent, the difference in partition coefficient between caprolactam and its isomers was much better. Similar results were observed with activated carbon as adsorbent.

하기 실시예는 용매가 공정의 흡착부분을 위하여 필요하지 않다는 것을 보여준다. 90 % 카프로락탐 및 10 % 4-에틸-2-피롤리디논 용액 5 그램을 흡착제인 S115(실리카라이트) 1 그램과 접촉하여 두고 80 ℃에서 밤새 교반하였다. 다음 날 용액을 분석하였고 S115 흡착제가 카프로락탐보다 4-에틸-2-피롤리디논을 더 잘 흡착하였음을 발견하였다. 결과는 하기 표 3에 나타내었다.The following examples show that no solvent is needed for the adsorption portion of the process. Five grams of 90% caprolactam and 10% 4-ethyl-2-pyrrolidinone solution were contacted with one gram of S115 (silicalite) adsorbent and stirred overnight at 80 ° C. The next day the solution was analyzed and found that the S115 adsorbent adsorbed 4-ethyl-2-pyrrolidinone better than caprolactam. The results are shown in Table 3 below.

용액 중 카프로락탐Caprolactam in solution 용액 중 4-에틸-2-피롤리디논4-ethyl-2-pyrrolidinone in solution 출발용액Starting solution 90.3 %90.3% 9.7 %9.7% 80 ℃(오버나이트)80 degrees Celsius (overnight) 92.1 %92.1% 7.9 %7.9%

실시예 제3 세트는 크로마토그래피형 컬럼에서 시행되었다. 4 피트 길이의 스테인리스 스틸 입방체 컬럼이 사용되었다. 컬럼은 온도 조절을 위하여 항온조(constant temperature bath)로부터 흘러온 물-프로필렌 글리콜(또는 실리콘 오일)이 통과하는 1 인치 튜브에 의하여 둘러싸여 있다. 펌프(FMI Corp.)는 약 1 g/ℓ/hr의 공간 속도로 역압력 조절기에 의하여 상기 컬럼을 통하여 그리고 컬럼으로 탈착 용매를 흘려보내었다. 압력은 용매가 컬럼에서 항상 액상일 정도로 유지되었다. 시험이 시작될 때, 컬럼의 주입구는 밸브가 열려진 상태이며, 하기 시험의 각 세트에 정해진 용매 내에 1 % 카프로락탐, 1 % 4-에틸-2-피롤리디논 및 5-메틸-2-피페르디논로 이루어진 용액 2 g을 주입하였다. 컬럼 출구로부터 약 10 ㎖를 취하여 분석을 위하여 기체 크로마토그래피에 넣었다.Example A third set was run on a chromatographic column. A 4 foot long stainless steel cube column was used. The column is surrounded by a 1 inch tube through which water-propylene glycol (or silicone oil) flowed from a constant temperature bath for temperature control. The pump (FMI Corp.) flowed the desorption solvent through and to the column by a back pressure regulator at a space velocity of about 1 g / l / hr. The pressure was maintained such that the solvent was always liquid in the column. At the beginning of the test, the inlet of the column is with the valve open and 1% caprolactam, 1% 4-ethyl-2-pyrrolidinone and 5-methyl-2-piperidone in the solvent specified for each set of tests below. 2 g of solution consisting of About 10 mL was taken from the column outlet and put into gas chromatography for analysis.

시험 제1 세트는 S115흡착제 약 90 g 정도를 함유한 1/2" 직경 컬럼에서 행하여졌다. 탈착 용매로는 메탄올이 사용되었다. 80 ℃에서 동작시킨 크로마토그래피 결과는 도 1에 나타내었다. 탈착 물질로 메탄올 대신 1% 트리에틸아민이 용해된 메탄올 용액을 사용한 것을 제외하고는 유사한 시험이 실시되었다. 상기 크로마토그래피 결과는 도 2에 나타내었다.The first set of tests was carried out on a 1/2 "diameter column containing about 90 g of S115 adsorbent. Methanol was used as the desorption solvent. The chromatographic results of operation at 80 ° C. are shown in FIG. A similar test was conducted except that methanol solution in which 1% triethylamine was dissolved in place of methanol was used.

다른 세트의 시험은 80 ℃ 온도에서 다시 S115 흡착제 약 60 g 정도를 함유한 3/8" 직경 컬럼에서 행하여졌다. 탈착 용매로 1% 트리에틸아민이 용해된 메탄올이 사용되었다. 이와 동일한 시험이 110 ℃에서도 행하여졌다. 그의 크로마토그래피 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3에 도시된 것처럼 온도가 증가하면 분리가 더 잘 일어날 수 있다.Another set of tests was performed on a 3/8 "diameter column containing about 60 g of a S115 adsorbent again at a temperature of 80 ° C. Methanol in which 1% triethylamine was dissolved as the desorption solvent was used. It was also carried out at C. The chromatographic results are shown in Fig. 3. As the temperature is increased as shown in Fig. 3, separation may better occur.

다른 세트의 시험은 120 ℃ 온도에서 S115 흡착제 약 60 g 정도를 함유한 3/8" 직경 컬럼에서 행하여졌다. 탈착 용매로 아세토니트릴이 사용되었다. 크로마토그래피 결과는 도 4에 나타내었다. 탈착물질로 아세토니트릴 대신 1% 트리에틸아민이 용해된 아세토니트릴 용액을 사용한 것을 제외하고는 유사한 시험이 실시되었다. 그 크로마토그래피 결과는 도 5에 나타내었다.Another set of tests was performed on a 3/8 "diameter column containing about 60 g of S115 adsorbent at 120 ° C. Acetonitrile was used as the desorption solvent. The chromatographic results are shown in Figure 4. As desorbent A similar test was conducted except that acetonitrile solution in which 1% triethylamine was dissolved in place of acetonitrile was shown in Fig. 5.

다른 세트의 시험은 150 ℃ 온도에서 S115 흡착제 약 60 g 정도를 함유한 3/8" 직경 컬럼에서 행하여졌다. 탈착 용매로 아세토니트릴이 사용되었다. 크로마토그래피 결과는 도 6에 나타내었다.Another set of tests was performed on a 3/8 "diameter column containing about 60 g of S115 adsorbent at a temperature of 150 ° C. Acetonitrile was used as the desorption solvent. The chromatographic results are shown in FIG.

다른 세트의 시험은 100 ℃ 온도에서 S115 흡착제 약 60 g 정도를 함유한 3/8" 직경 컬럼에서 행하여졌다. 탈착 용매로 메틸아세테이트가 사용되었다. 크로마토그래피 결과는 도 7에 나타내었다. 탈착물질로 메틸아세테이트 대신 1% 트리에틸아민이 용해된 메틸아세테이트 용액을 사용한 것을 제외하고는 유사한 시험이 실시되었다. 그 크로마토그래피 결과는 도 8에 나타내었다.Another set of tests was carried out on a 3/8 "diameter column containing about 60 g of S115 adsorbent at a temperature of 100 ° C. Methyl acetate was used as the desorption solvent. The chromatographic results are shown in Figure 7. A similar test was conducted except that a methyl acetate solution in which 1% triethylamine was dissolved in place of methyl acetate, the chromatography results are shown in FIG.

다른 세트의 시험은 80 ℃ 온도에서 탄소 F400 흡착제 약 80 g 정도를 함유한 1/2" 직경 컬럼에서 행하여졌다. 탈착 용매로 메탄올이 사용되었다. 크로마토그래피 결과는 도 9에 나타내었다. 도 9에 나타난 바와 같이 활성탄소는 적절한 흡착제로써 사용될 수 있다.Another set of tests was carried out on a 1/2 "diameter column containing about 80 g of carbon F400 adsorbent at a temperature of 80 ° C. Methanol was used as the desorption solvent. The chromatographic results are shown in Figure 9. As shown, activated carbon can be used as a suitable adsorbent.

결정화 실시예Crystallization Example

하기의 실시예들은 회분식(batch)과 반회분식(semi-batch)의 조합이다. 회분식 작업에서, 카프로락탐 및 그 이성체 일정 양의 표본을 4 g 병에 넣고, 표본이 용융되도록 병의 내용물을 가열한 다음 병을 일정 온도에 놓고 결정이 형성되게 하였다. 결정과 모액 표본이 얻어졌다.The following examples are a combination of batch and semi-batch. In a batch operation, caprolactam and its isomers were placed in 4 g bottles, the contents of the bottles were heated to melt the samples, the bottles were placed at a constant temperature and crystals formed. Crystals and mother liquor samples were obtained.

반회분식 작업은 낙하 필름 결정화기와 함께 행하여진다. 사용된 결정화기는 미국특허 제5,430,194호의 도 6에 개시되어 있고, 용기(kettle)(A), 둘러싸인 컬럼(B)(jacketed column: 1 인치 직경의 내경을 갖는 수직 튜브로 둘러싸인 길이 1 미터의 컬럼), 및 낙하 필름 결정화기의 상부에서 상기 용기에서 필름 장치(C)로 액체를 분출하는(즉, 순환시키는) 수단(D)으로 이루어진다. 결정화기의 재킷은 낙하 필름과 함께 흐르는 냉매(E)를 공급하기 위하여 부착되었다. 즉, 재킷에서 낙하 필름 및 냉매는 병행류(co-current) 방식으로 아래로 흐른다. 미국특허 제5,430,194호의 도 6에 나타난 결정화기는 미국특허 제3,621,664호에 개시된 것과 작동원리가 유사하다.Semi-batch operation is performed with a falling film crystallizer. The crystallizer used is disclosed in FIG. 6 of US Pat. No. 5,430,194, and is a 1 meter long column surrounded by a vertical tube having a kettle A, a jacketed column 1 inch in diameter. ) And means (D) for ejecting (ie circulating) liquid from the vessel to the film device (C) at the top of the falling film crystallizer. The jacket of the crystallizer was attached to supply the refrigerant E flowing with the falling film. That is, in the jacket, the falling film and the refrigerant flow down in a co-current manner. The crystallization device shown in FIG. 6 of U. S. Patent No. 5,430, 194 is similar in operation to that disclosed in U. S. Patent No. 3,621, 664.

하기에 설명되는 바와 같이 제조된 농축물 1000 ㎖를 낙하 필름 결정화기의 용기(A)에 채웠다. 용기 내의 농축물은 일정한 온도에서 컬럼(B)을 통하여 순환되었다. 냉각하는 동안, 용기에 결정이 생기는 것을 막기 위하여 열 덮게(heating mantle)(F)에 의하여 미소한 열이 용기에 첨가되었다. 상기 가열을 보상하기 위하여 재순환 액체는 통(bath)(G)으로부터 냉각기(H)로 냉매를 순환시킴으로써 약간 냉각되었다. 결정화가 완성된 후, 용기 내의 잔류 액체는 비워지고, 결정화기 벽면 내부 고체는 서서히 가열되는 컬럼(B)에 의하여 부분별로 제거되었다.1000 ml of concentrate prepared as described below was charged to vessel A of the falling film crystallizer. The concentrate in the vessel was circulated through column B at a constant temperature. During cooling, a small amount of heat was added to the vessel by means of a heating mantle (F) to prevent crystals from forming in the vessel. The recycled liquid was slightly cooled by circulating the refrigerant from bath (G) to cooler (H) to compensate for the heating. After crystallization was completed, the residual liquid in the vessel was emptied and the solids inside the crystallizer wall were removed partly by column B, which was slowly heated.

결정의 순도는 결정 약 0.5 g을 제거하여 그것을 물 1 g과 혼합하여 측정되었다. 그 다음 이 용액을 하기와 같이 분석하기 위하여 HP 6890 gc/fid에 넣었다. 기체 크로마토그래피는 전달기체로서 헬륨을 사용하는 5 마이크론 필름을 가진 길이 30 ㎜ DB-1 컬럼에서 실시되었다. 온도 프로그램은 60 ℃에서 시작되었고, 20 ℃/min로 275 ℃까지 증가시켜 20 분간 유지되었다. 컬럼 압력은 20 psi로 유지되었다.The purity of the crystal was measured by removing about 0.5 g of the crystal and mixing it with 1 g of water. This solution was then placed in HP 6890 gc / fid for analysis as follows. Gas chromatography was performed on a 30 mm long DB-1 column with a 5 micron film using helium as the carrier gas. The temperature program was started at 60 ° C. and held for 20 minutes by increasing to 275 ° C. at 20 ° C./min. Column pressure was maintained at 20 psi.

결정화 공정은 두 종류로 나뉠 수 있다: 용액 결정화와 용융 결정화. 용액 결정화는 용액 내 용질의 한 용액으로부터 생성된 결정을 포함한다. 이 경우 원동력은 용매 내 용질의 용해도이다. 용융 결정화는 용매가 사용되지 않을 때 일어난다. 원동력은 우세한 용질에서 용질의 융점과 한 용질의 용해도이다.Crystallization processes can be divided into two types: solution crystallization and melt crystallization. Solution crystallization includes crystals produced from one solution of solute in solution. The driving force in this case is the solubility of the solute in the solvent. Melt crystallization occurs when no solvent is used. The driving force is the solute melting point and solubility of the solute in the predominant solute.

용액 결정화Solution crystallization

용액 결정화에서는 용매가 선택되어야 한다. 즉, 만약 용질, 즉 카프로락탐이 용매에 너무 잘 용해된다면 결정을 침전시키기 위하여 특히 낮은 온도(가능한 한)가 사용되어야 한다. 만약 용질이 용매에 거의 용해되지 않는다면 대량의 용매가 사용되면서 계속 순환되어야 한다. 카프로락탐 결정화에서 용매는 매우 휘발성이 강해야 한다. 이는 생성물 카프로락탐을 많이 가열하지 않고도 용매를 제거할 수 있게 한다. 만약 카프로락탐이 증류 컬럼 상부에서 취해진다면 이는 올리고머화되어 생성물의 순도 및 회수율이 감소하게 될 것이다. 하기 실시예는 네 가지 용매를 사용한다: 아세톤, 메탄올, 아세토니트릴, 및 시클로헥산. 네 가지 용매는 안정하고, 분해되거나 생성물인 카프로락탐과 반응하지 않고, 휘발된다.In solution crystallization a solvent must be selected. That is, particularly low temperatures (if possible) should be used to precipitate the crystals if the solute, ie caprolactam, dissolves too well in the solvent. If the solute hardly dissolves in the solvent, a large amount of solvent must be used to continue to circulate. In caprolactam crystallization, the solvent must be very volatile. This allows the solvent to be removed without much heating of the product caprolactam. If caprolactam is taken at the top of the distillation column, it will be oligomerized to reduce the purity and recovery of the product. The following examples use four solvents: acetone, methanol, acetonitrile, and cyclohexane. The four solvents are stable and do not decompose or react with the product caprolactam and are volatilized.

아세톤 10 g에 카프로락탐 9 g과 4-에틸-2-피롤리디논 1 g을 상온에서 혼합하였다. 혼합물은 10 ℃로 냉각되었고, 약 0.1 g의 결정이 혼합물로부터 제거되어 분석되었다. 상기 냉각과 연속된 표본 추출은 0 ℃, -10 ℃, 및 -20 ℃에서 반복되었다. 결과를 도 15에 도시하였다. 결정화 1 단계에서, 순도는 90 %에서 98 % 이상으로 증가하였고 회수되는 양에 따라 99.3 %의 카프로락탐이 얻어지기도 했다.9 g of caprolactam and 1 g of 4-ethyl-2-pyrrolidinone were mixed with 10 g of acetone at room temperature. The mixture was cooled to 10 ° C. and about 0.1 g of crystal was removed from the mixture and analyzed. The cooling and subsequent sampling were repeated at 0 ° C, -10 ° C, and -20 ° C. The results are shown in FIG. In the first stage of crystallization, the purity increased from 90% to over 98% and 99.3% of caprolactam was obtained depending on the amount recovered.

90 % 카프로락탐 용액(아세톤-프리 베이스)은 4-에틸-2-피롤리디논(4EP) 및 5-메틸-2-피페르디논(5MP) 혼합물 0. 5 g과 함께 카프로락탐 4.5 g을 아세톤 5 g에 첨가하여 제조되었다. 이 혼합물은 용해되어 원하는 온도에 두고 결정이 형성되도록 하였다. 상기한 바와 같이 결정 표본은 제거되어 분석되었다. 결과는 표 4에 나타내었다. 표 4의 %는 기체 크로마토그래피로부터 면적 계산에 기초한 것이다.90% caprolactam solution (acetone-free base) was added 4.5 g of caprolactam with 0.5 g of a mixture of 4-ethyl-2-pyrrolidinone (4EP) and 5-methyl-2-piperidinone (5MP) acetone. Prepared by addition to 5 g. This mixture was dissolved and left at the desired temperature to allow crystals to form. As described above, the crystal specimens were removed and analyzed. The results are shown in Table 4. The percentages in Table 4 are based on area calculations from gas chromatography.

온도(℃)Temperature (℃) 회수율(%)% Recovery % 카프로락탐% Caprolactam 4EP에 대한% 카프로락탐% Caprolactam for 4EP 5MP에 대한% 카프로락탐% Caprolactam for 5 MP 22(출발용액)22 (Departure solution) -- 93.2393.23 97.6597.65 95.3795.37 1010 5555 98.3398.33 99.6999.69 98.6498.64 55 7373 98.2598.25 99.6899.68 98.5698.56 00 8989 98.2398.23 99.6599.65 98.5698.56

순도는 제1 단계에서 93%(아세톤 프리 베이스)에서 98 % 이상으로 높아졌다. 더 나아가, 아무런 노력없이도 재결정화되었고 결정을 수세하였다. 이들 단계는 단계 당 더 높은 순도를 나타내게 할 것이다.Purity increased from 93% (acetone free base) to more than 98% in the first stage. Furthermore, it recrystallized and washed the decision without any effort. These steps will lead to higher purity per step.

아세톤 10 g 중에 카프로락탐 9 g 및 4-에틸-2-피롤리디논 1 g을 용액으로 혼합한 다음 둘러싸인 용기에 넣었다. 재킷 온도는 물-프로필렌 글리콜 통에 의하여 0 ℃로 조절되었고 용기는 초음파 세척 통에 두었다. 출발 물질 및 얻어진 결정을 기체 크로마토그래피로 분석한 결과는 표 5에 나타내었다.9 g of caprolactam and 1 g of 4-ethyl-2-pyrrolidinone in 10 g of acetone were mixed into a solution and placed in an enclosed container. The jacket temperature was adjusted to 0 ° C. by a water-propylene glycol barrel and the vessel was placed in an ultrasonic cleaning vessel. The starting materials and the obtained crystals were analyzed by gas chromatography and shown in Table 5.

% 카프로락탐(아세톤 프리 베이스, gc 면적 계산)% Caprolactam (acetone free base, gc area calculation) 출발 물질Starting material 90.7 %90.7% 결정decision 96.6 %96.6%

병에 붙은 하나의 큰 결정과는 반대로 결정 혼합은 초음파에 의하여 혼합된 매우 작은 입자를 가지는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 결정화는 초음파 존재 하에서 일어날 수 있다.In contrast to one large crystal on the bottle, crystal mixing appeared to have very small particles mixed by ultrasound. Thus, such crystallization can occur in the presence of ultrasound.

카프로락탐 5 g과 메탄올(다양한 비로)이 첨가되었고, 평형 후 남은 결정 및 모액의 양이 측정되었다. 결과는 도 16에 나타내었다. 도 16은 혼합물의 온도가 낮아질 때 용해도가 감소된다는 것을 보여준다. 또한, 도 16에 따르면 약 75-80 % 이하의 카프로락탐을 가진 표본은 결정화되기 위하여 매우 낮은 온도가 필요하다는 것도 보여준다.5 g of caprolactam and methanol (in various ratios) were added and the amount of crystals and mother liquor remaining after equilibration was measured. The results are shown in FIG. 16 shows that solubility is reduced when the temperature of the mixture is lowered. 16 also shows that samples with caprolactam of about 75-80% or less require very low temperatures to crystallize.

세 가지 이성체, 즉 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 및 4-메틸-2-피페르디논을 거의 동일한 비율로, 하나의 이성체 덩어리로서, 카프로락탐 용액을 50 내지 99 % 순도(메탄올 프리 베이스)로 제조하였다. 그러면, 용액은 20 % 메탄올 중에 80 % 용질이 포함되어 있다. 그 다음 용액을 냉각시키고 결정을 회수, 분석하였다. 88 % 이상의 카프로락탐 표본이 0 ℃에서 모아졌고 91 % 카프로락탐을 가진 표본이 -20 ℃에서 모아졌다. 50 % 카프로락탐을 가진 표본은 -60 ℃(드라이아이스-아세톤 배스)로 냉각되었지만 상기 용액은 결코 고체-액체 용액으로 되지 않았다. 모아진 결정의 순도를 출발용액과 비교한 결과는 도 17에 나타내었다. 모든 경우에 있어서, 결정은 출발용액보다 더 높은 순도를 가졌다.The three isomers, 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidone, and 4-methyl-2-piperidinone, in almost equal proportions, as one isomer mass, caprolactam solution Was prepared in 50-99% purity (methanol free base). The solution then contains 80% solute in 20% methanol. The solution was then cooled and the crystals recovered and analyzed. More than 88% caprolactam samples were collected at 0 ° C and samples with 91% caprolactam were collected at -20 ° C. Samples with 50% caprolactam were cooled to -60 ° C (dry ice-acetone bath) but the solution never became a solid-liquid solution. The result of comparing the purity of the collected crystals with the starting solution is shown in FIG. In all cases, the crystals had a higher purity than the starting solution.

남아있는 세 가지 이성체, 즉 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 및 4-메틸-2-피페르디논의 0.7 % 혼합물과 함께 약 99.3 % 카프로락탐 687 g 및 메탄올 172 g 용액을 상기한 바 있는 낙하 필름 결정화기에 넣었다. 혼합물은 용기 및 펌프 열교환기에서 28 ℃로 가열되었다. 낙하필름의 온도는 결정이 결정화기 벽면의 내부표면 위에 생기기 시작하는 시점에서 0 ℃로 서서히 냉각되었다. 튜브로 통하는 흐름을 막기 시작할 정도로 결정이 성장한 후, 용기를 제거하고 약 75 ℃로 결정화기 벽면을 서서히 가열함으로써 결정을 회수하였다. 결정이 용융되고 컬럼 아래로 흐를 때, 분석을 위하여 바이알에 모았다. 표 6은 결정 내의 카프로락탐 농도 및 출발용액에서의 카프로락탐(메탄올 프리 베이스)의 농도를 나타낸다.687 g of about 99.3% caprolactam with 0.7% mixture of the remaining three isomers, 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidone, and 4-methyl-2-piperidone And 172 g solution of methanol were placed in the falling film crystallizer as described above. The mixture was heated to 28 ° C. in a vessel and a pump heat exchanger. The temperature of the falling film slowly cooled to 0 ° C. when crystals began to form on the inner surface of the crystallizer wall. After the crystals had grown to the extent that they started blocking the flow to the tube, the crystals were recovered by removing the vessel and slowly heating the crystallizer wall to about 75 ° C. As the crystals melted and flowed down the column, they were collected in vials for analysis. Table 6 shows the caprolactam concentration in the crystals and the concentration of caprolactam (methanol free base) in the starting solution.

% 수율% Yield 표본specimen 순도water 출발Start 0.9925310.992531 1.09 %1.09% 제 1First 0.9959830.995983 3.33 %3.33% 제 22nd 0.9977210.997721 16.00 %16.00% 제 33rd 0.9988890.998889 5.43 %5.43% 제 44th 0.9997150.999715

카프로락탐의 순도는 99.3 %에서 약 99.9 %(중량 평균)로 증가되었다.The purity of caprolactam was increased from 99.3% to about 99.9% (weight average).

상기 메탄올에서처럼, 여기 제1 단계는 아세토니트릴과 함께 카프로락탐 용해도 곡선을 생산하는 것이었다. 이는 도 18에 나타내었다. 도 18은 아세토니트릴이 메탄올만큼 아주 빠르게 카프로락탐을 용해시키지 못한다는 것을 나타낸다.As in methanol, the first step here was to produce a caprolactam solubility curve with acetonitrile. This is shown in FIG. 18. 18 shows that acetonitrile does not dissolve caprolactam as quickly as methanol.

세 가지 이성체, 즉 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 및 4-메틸-2-피페르디논을 거의 동일한 비율로, 하나의 이성체 덩어리로서, 카프로락탐 용액을 50 내지 99 % 순도(아세토니트릴 프리 베이스)로 제조하였다. 그러면, 용액은 30 % 아세토니트릴 중에 70 % 용질이 포함되어 있다. 그 다음 용액을 냉각시키고 결정을 회수, 분석하였다. 88 % 이상의 카프로락탐 표본이 0 ℃에서 모아졌고 91 % 카프로락탐을 가진 표본이 -20 ℃에서 모아졌다. 50 % 카프로락탐을 가진 표본은 -60 ℃(드라이아이스 배스)로 냉각되었다. 모아진 결정의 순도를 출발용액과 비교한 결과는 도 19에 나타내었다. 모든 경우에 있어서, 결정은 출발용액보다 더 높은 순도를 가졌다.The three isomers, 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidone, and 4-methyl-2-piperidinone, in almost equal proportions, as one isomer mass, caprolactam solution Was prepared in 50-99% purity (acetonitrile free base). The solution then contains 70% solute in 30% acetonitrile. The solution was then cooled and the crystals recovered and analyzed. More than 88% caprolactam samples were collected at 0 ° C and samples with 91% caprolactam were collected at -20 ° C. Samples with 50% caprolactam were cooled to -60 ° C (dry ice bath). The result of comparing the purity of the collected crystals with the starting solution is shown in FIG. In all cases, the crystals had a higher purity than the starting solution.

남아있는 세 가지 이성체, 즉 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 및 4-메틸-2-피페르디논의 0.7 % 혼합물과 함께 약 99.3 % 카프로락탐 700 g 및 아세토니트릴 300 g 용액을 상기한 바 있는 낙하 필름 결정화기에 넣었다. 혼합물은 용기 및 펌프 열교환기에서 45 ℃로 가열되었다. 낙하필름의 온도는 결정이 결정화기 벽면의 내부표면 위에 생기기 시작하는 시점에서 0 ℃로 서서히 냉각되었다. 튜브로 통하는 흐름을 막기 시작할 정도로 결정이 성장한 후, 용기를 제거하고 약 75 ℃로 결정화기 벽면을 서서히 가열함으로써 결정을 회수하였다. 결정이 용융되어 컬럼 아래로 흐를 때, 분석을 위하여 바이알에 모았다. 표 7은 결정 내의 카프로락탐 농도 및 출발용액에서의 카프로락탐(아세토니트릴 프리 베이스)의 농도를 나타낸다.700 g of about 99.3% caprolactam with 0.7% mixture of the three remaining isomers, 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidone, and 4-methyl-2-piperidone And a 300 g solution of acetonitrile were placed in a falling film crystallizer as described above. The mixture was heated to 45 ° C. in a vessel and a pump heat exchanger. The temperature of the falling film slowly cooled to 0 ° C. when crystals began to form on the inner surface of the crystallizer wall. After the crystals had grown to the extent that they started blocking the flow to the tube, the crystals were recovered by removing the vessel and slowly heating the crystallizer wall to about 75 ° C. As the crystals melted and flowed down the column, they were collected in vials for analysis. Table 7 shows the caprolactam concentration in the crystals and the concentration of caprolactam (acetonitrile free base) in the starting solution.

% 수율% Yield 표본specimen 순도water 출발Start 0.9928890.992889 0.35 %0.35% 제 1First 0.9965940.996594 5.11 %5.11% 제 22nd 0.9975890.997589 26.73 %26.73% 제 33rd 0.9989820.998982 1.77 %1.77% 제 44th 0.9997990.999799

카프로락탐의 순도는 99.3 %에서 약 99.9 %(중량 평균)로 증가되었다.The purity of caprolactam was increased from 99.3% to about 99.9% (weight average).

남아있는 세 가지 이성체, 즉 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 및 4-메틸-2-피페르디논의 0.7 % 혼합물과 함께 약 99.3 % 카프로락탐 504.2 g 및 시클로헥산 504.2 g 용액을 상기한 바 있는 낙하 필름 결정화기에 넣었다. 혼합물은 용기 및 펌프 열교환기에서 80 ℃로 가열되었다. 낙하필름의 온도는 결정이 결정화기 벽면의 내부표면 위에 생기기 시작하는 시점에서 20 ℃로 서서히 냉각되었다. 튜브로 통하는 흐름을 막기 시작할 정도로 결정이 성장한 후, 용기를 제거하고 약 75 ℃로 결정화기 벽면을 서서히 가열함으로써 결정을 회수하였다. 결정이 용융되어 컬럼 아래로 흐를 때, 분석을 위하여 바이알에 모았다. 표 8은 결정 내의 카프로락탐 농도 및 출발용액에서의 카프로락탐(시클로헥산 프리 베이스)의 농도를 나타낸다.504.2 g of about 99.3% caprolactam with 0.7% mixture of the remaining three isomers, 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, and 4-methyl-2-piperidone And a 504.2 g solution of cyclohexane were placed in a falling film crystallizer as described above. The mixture was heated to 80 ° C. in a vessel and a pump heat exchanger. The temperature of the falling film slowly cooled to 20 ° C. when crystals began to form on the inner surface of the crystallizer wall. After the crystals had grown to the extent that they started blocking the flow to the tube, the crystals were recovered by removing the vessel and slowly heating the crystallizer wall to about 75 ° C. As the crystals melted and flowed down the column, they were collected in vials for analysis. Table 8 shows the caprolactam concentration in the crystals and the concentration of caprolactam (cyclohexane free base) in the starting solution.

% 수율% Yield 표본specimen 순도water 출발Start 0.9934680.993468 0.36 %0.36% 제 1First 0.9964110.996411 19.8 %19.8% 제 22nd 0.996820.99682 17.52 %17.52% 제 33rd 0.9961310.996131 7.47 %7.47% 제 44th 0.9982580.998258

카프로락탐의 순도는 99.3 %에서 약 99.7 %(중량 평균)로 증가되었다.The purity of caprolactam was increased from 99.3% to about 99.7% (weight average).

용융 결정화Melt crystallization

4 g 병에 카프로락탐 10 g 및 4-에틸-2-피롤리디논 1 g을 75 ℃에서 함께 혼합하여 액상 혼합물을 만들었다. 액상 혼합물이 완전히 고체로 될 때까지 약 50 ℃로 서서히 냉각시킨 다음 고체가 고체 결정 및 액체(모액)의 혼합물이 될 때까지 66 ℃로 서서히 가열하였다. 결정이 제거되어 분석되었다. 결과를 표 9에 나타내었다.10 g of caprolactam and 1 g of 4-ethyl-2-pyrrolidinone were mixed together at 75 ° C. in a 4 g bottle to form a liquid mixture. The liquid mixture was slowly cooled to about 50 ° C. until it was completely solid and then slowly heated to 66 ° C. until the solid was a mixture of solid crystals and liquid (mother liquor). Crystals were removed and analyzed. The results are shown in Table 9.

% 카프로락탐(아세톤 프리 베이스, gc 면적 계산)% Caprolactam (acetone free base, gc area calculation) 출발용액Starting solution 90.9 중량%90.9 wt% 결정decision 96.0 면적%96.0 area%

용융법으로 제조된 결정은 순도가 실질적으로 증가되었음을 보여주었다. 따라서, 카프로락탐은 용융에 의하여 정제될 수 있다.Crystals produced by the melting method showed a substantial increase in purity. Thus, caprolactam can be purified by melting.

남아있는 세 가지 이성체, 즉 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 및 4-메틸-2-피페르디논의 0.6 % 혼합물과 함께 약 99.4 % 카프로락탐 용액 845 g 을 상기한 바 있는 낙하 필름 결정화기에 넣었다. 본 실험에서는 용매가 전혀 사용되지 않았다. 혼합물은 용기 및 펌프 열교환기에서 90 ℃로 가열되었다. 낙하필름의 온도는 결정이 결정화기 벽면의 내부표면 위에 생기기 시작하는 시점에서 25 ℃로 서서히 냉각되었다. 튜브로 통하는 흐름을 막기 시작할 정도로 결정이 성장한 후, 용기를 제거하고 약 75 ℃로 결정화기 벽면을 서서히 가열함으로써 결정을 회수하였다. 결정이 용융되어 컬럼 아래로 흐를 때, 분석을 위하여 바이알에 모았다. 표 9는 결정 내의 카프로락탐 농도 및 출발용액에서의 카프로락탐의 농도를 나타낸다.Approximately 99.4% caprolactam solution 845 with a 0.6% mixture of the three remaining isomers, 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidone, and 4-methyl-2-piperidone g was placed in the falling film crystallizer as described above. No solvent was used in this experiment. The mixture was heated to 90 ° C. in a vessel and a pump heat exchanger. The temperature of the falling film slowly cooled to 25 ° C. when crystals began to form on the inner surface of the crystallizer wall. After the crystals had grown to a degree that would stop the flow to the tube, the crystals were recovered by removing the vessel and slowly heating the crystallizer wall to about 75 ° C. As the crystals melted and flowed down the column, they were collected in vials for analysis. Table 9 shows the caprolactam concentrations in the crystals and the caprolactam concentrations in the starting solution.

% 수율% Yield 표본specimen 순도water 출발Start 0.9941780.994178 0.12 %0.12% 제 1First 0.9964430.996443 0.26 %0.26% 제 22nd 0.9912560.991256 8.16 %8.16% 제 33rd 0.9954720.995472 23.51 %23.51% 제 44th 0.9986020.998602 9.53 %9.53% 제 55th 0.9988340.998834

카프로락탐의 순도는 99.4 %에서 약 99.8 %(중량 평균)로 증가되었다.The purity of caprolactam was increased from 99.4% to about 99.8% (weight average).

비록 본 발명이 전술한 특정 실시예에 의하여 설명되었지만, 그 때문에 발명의 범위가 제한되는 것으로 해석되지 않으며 오히려 본 발명은 앞에서 개시된 것과 같은 일반적인 영역을 포괄한다. 다양한 변형 및 구체예들이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다.Although the present invention has been described by the specific embodiments described above, the scope of the invention is therefore not to be construed as limiting, but rather the invention covers the general scope as set forth above. Various modifications and embodiments can be made within the scope of the present invention.

발명의 효과Effects of the Invention

본 발명은 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 부가 탄화수소와 입실론 카프로락탐으로 이루어진 공급 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하기 위한 방법을 제공하는 효과를 가진다.The present invention provides at least one selected from the group consisting of 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone. It has the effect of providing a process for separating epsilon caprolactam in a feed mixture consisting of additional hydrocarbons and epsilon caprolactam.

Claims (10)

흡착조건하에서 흡착제와 4-에틸-2-피롤리디논(4-ethyl-2-pyrrolidinone), 5-메틸-2-피페르디논(5-methyl-2-piperdinone), 3-에틸-2-피롤리디논(3-ethyl-2- pyrrolidinone), 및 3-메틸-2-피페르디논(3-methyl-2-piperdinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진(octahydrophenazine)과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 공급 혼합물을 접촉시키는 단계, 상기 입실론 카프로락탐을 실질적으로 배제하기 위하여 상기 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진을 선택적으로 흡착시키는 단계, 흡착제와의 접촉으로부터 공급 혼합물의 비흡착 부분을 제거하는 단계, 및 고순도 입실론 카프로락탐을 회수하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기의 공급 혼합물로부터 입실론 카프로락탐을 분리하는 방법.Adsorbent and 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperdinone, 3-ethyl-2-pi under adsorption conditions One or more epsilon caprolactam isomers or octahydrophenazines selected from the group consisting of 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperdinone; contacting a feed mixture consisting of octahydrophenazine) and epsilon caprolactam, selectively adsorbing the epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine to substantially exclude the epsilon caprolactam, and contacting the feed mixture from contact with an adsorbent. Removing the non-adsorbed portion, and recovering the high purity epsilon caprolactam. 제1항에 있어서, 상기 흡착제는 활성탄, 분자체 탄소, 분자체, 및 제올라이트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the adsorbent is selected from activated carbon, molecular sieve carbon, molecular sieve, and zeolite. 제1항에 있어서, 탈착 조건하에서 탈착에 의하여 상기 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, further comprising recovering the epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine by desorption under desorption conditions. 제1항에 있어서, 상기 분리는 모의실험되는 이동 베드 흐름 구성(simulated moving bed flow scheme)에 의하여 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the separation is performed by a simulated moving bed flow scheme. 제4항에 있어서, 상기 모의실험되는 이동 베드 구성은 역류(countercurrent) 흐름 또는 병행류(co-current) 흐름을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the simulated moving bed configuration uses countercurrent flow or co-current flow. 제1항에 있어서, 상기 고순도 입실론 카프로락탐을 용액 결정화 또는 용융 결정화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, further comprising solution crystallizing or melt crystallizing the high purity epsilon caprolactam. 흡착조건하에서 흡착제와 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 공급 혼합물을 접촉시키는 단계, 상기 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진을 실질적으로 배제하기 위하여 상기 입실론 카프로락탐을 선택적으로 흡착시키는 단계, 흡착제와의 접촉으로부터 공급 혼합물의 비흡착 부분을 제거하는 단계, 및 탈착 조건 하에서 탈착시켜 고순도 입실론 카프로락탐을 회수하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 공급 혼합물로부터 입실론 카프로락탐을 분리하는 방법.Under adsorption conditions, the adsorbent is selected from the group consisting of 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone. Contacting a feed mixture consisting of one or more epsilon caprolactam isomers or octahydrofenazine and epsilon caprolactam, selectively adsorbing the epsilon caprolactam to substantially exclude the epsilon caprolactam isomer or octahydrophenazine Removing the nonadsorbed portion of the feed mixture from contact with the adsorbent, and recovering the high purity epsilon caprolactam by desorption under desorption conditions. 제7항에 있어서, 상기 고순도 입실론 카프로락탐을 용액 결정화 또는 용융 결정화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7, further comprising solution crystallizing or melt crystallizing the high purity epsilon caprolactam. 용액 내에서 입실론 카프로락탐의 용해도 한계가 초과될 때, 입실론 카프로락탐 만이 결정화되는 성분계(compositional region)의 조성을 가지는 혼합물인, 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 비공융(non-eutectic) 혼합물을 함유하는 초기 용액을 제공하는 단계, 및 초기 용액에 존재했던 것보다 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진이 비교적 적게 함유된 결정성 입실론 카프로락탐을 형성하기 위하여 입실론 카프로락탐의 용해도 한계를 넘을 정도의 조건으로 그리고 상기 혼합물의 공융점 이상의 온도로 용액을 유지시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4-에틸-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피페르디논, 3-에틸-2-피롤리디논, 및 3-메틸-2-피페르디논로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 입실론 카프로락탐 이성체 또는 옥타하이드로페나진과 입실론 카프로락탐으로 이루어진 혼합물에서 입실론 카프로락탐을 분리하는 방법.4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidone, which is a mixture having a composition of the compositional region in which only epsilon caprolactam crystallizes when the solubility limit of epsilon caprolactam in solution is exceeded , One or more epsilon caprolactam isomers selected from the group consisting of 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone or non-eutectic consisting of octahydrophenazine and epsilon caprolactam Providing an initial solution containing the mixture, and beyond the solubility limit of epsilon caprolactam to form crystalline epsilon caprolactam containing relatively less epsilon caprolactam isomers or octahydrophenazine than were present in the initial solution. Maintaining the solution at a degree and at a temperature above the eutectic point of the mixture. One selected from the group consisting of 4-ethyl-2-pyrrolidinone, 5-methyl-2-piperidinone, 3-ethyl-2-pyrrolidinone, and 3-methyl-2-piperidinone A method for separating epsilon caprolactam from the above-mentioned epsilon caprolactam isomer or a mixture consisting of octahydrophenazine and epsilon caprolactam. 제9항에 있어서, 상기 용액을 흡착 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of claim 9, further comprising adsorbing and separating the solution.
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