KR790001022B1 - Process for the recovery of -caprolactom from reaction mixture of -caprolactam and sulphuric acid - Google Patents
Process for the recovery of -caprolactom from reaction mixture of -caprolactam and sulphuric acidInfo
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Description
그림 1 : 생성된 황산 암모늄층을 다음 뱃치의 락탐 및 황산의 반응 혼합물에 가하고, 저압에서 반응혼합물로부터 락탐 및 황산암모늄을 회수하는 구체예를 설명하는 그림.Figure 1: A diagram illustrating an embodiment of adding the resulting ammonium sulfate layer to a reaction mixture of lactam and sulfuric acid in the next batch and recovering the lactam and ammonium sulfate from the reaction mixture at low pressure.
그림 2 : 황산 암모늄층을 다른 뱃치의 전위혼합물의 산도를 강하시키기 위해 사용하는 구체예를 설명하는 그림.Figure 2: A diagram illustrating an embodiment in which an ammonium sulfate layer is used to lower the acidity of dislocation mixtures in different batches.
본 발명은 물 존재하에 황산을 중화시켜서,-카프로락탐과 황산의 반응혼합물로부터-카프로락탐을 회수하는 공정과 이때 생성된 황산 암모늄에 관한 것이다.-카프로락탐은 나이론-6제조의 출발물질로 사용된다.The present invention neutralizes sulfuric acid in the presence of water, From the reaction mixture of caprolactam and sulfuric acid -A process for recovering caprolactam and an ammonium sulfate produced at this time. Caprolactam is used as a starting material for the production of nylon-6.
-카프로락탐과 황산의 반응혼합물은 시클로헥사논 옥심을 황산, 올레움 혹은 삼산화황에 의해-카프로락탐으로 Beckmann전위시키는 공정에서, 또한 시클로헥산 카복실산 또는 이들의 유도체를 황산 존재하에서 nitrosating 제(劑)와 반응시킴으로서-카프로락탐을 제조하는 공정에서 얻어진다. The reaction mixture of caprolactam and sulfuric acid is converted to cyclohexanone oxime by sulfuric acid, oleum or sulfur trioxide. In the Beckmann dislocation with caprolactam, and also by reacting cyclohexane carboxylic acids or derivatives thereof with nitrosating agents in the presence of sulfuric acid. It is obtained in the process of manufacturing a caprolactam.
이러한 반응혼합물로부터-카프로락탐을 회수하기 위하여 혼합물을 중화제 존재하에 암모니아수로 처리하면 상부의 락탐층과 하부의 농황산암모늄 용액이 형성되며 이 두 층을 분리한다. 또한 중화는 황산암모늄 결정존재하에 가압조건하에서 진행시킬수도 있고 하층으로부터 고체황산암모늄을 제거한 후 얻어지는 황산 암모늄을 포함하는 모액을 재순환시킬수도 있다. 방출되는 중화열은 물을 증기로 전환시키기 위해 사용될 수도 있다. 이러한 전환은 1~2 기압하에서 효과적이다. 왜냐하면 그 이상의 고압은 보다 높은 온도를 필요로 하며 가수분해로 인한 락탐의 손실을 증가시킨다.From this reaction mixture Treatment of the mixture with ammonia water in the presence of a neutralizing agent to recover caprolactam forms the upper lactam layer and the lower ammonium sulfate solution, separating the two layers. Neutralization may also be carried out under pressurized conditions in the presence of ammonium sulfate crystals, or the mother liquor containing ammonium sulfate obtained after removing solid ammonium sulfate from the lower layer may be recycled. The heat of neutralization released may be used to convert water into steam. This conversion is effective at 1-2 atm. Because higher pressures require higher temperatures and increase the loss of lactam due to hydrolysis.
재순환되는 함 황산암모늄 모액 및 / 또는 황산암모늄 결정이 없는 상태의 가압조건하에서의 중화는 중화대역내에서의 락탐의 체류시간을 보다 단축시킬 수 있으며, 따라서 증기를 생성시키기 위해 그 기압이상(2-5기압)의 작업 압력에 적당한 고온에서도 락탐의 가수분해로 인한 손실은 경미해 질 수 있다.Neutralization under pressurized conditions in the absence of recirculated ammonium sulfate mother liquor and / or ammonium sulfate crystals can shorten the residence time of the lactam in the neutralization zone, thus increasing the atmospheric pressure above (2-5) to generate steam. Even at high temperatures suitable for working pressure, losses due to hydrolysis of lactams can be slight.
본 발명은 황산암모늄 결정 및 /또는 황산암모늄을 함유하는 모액이 없는 상태에서 물 존재하에 대기압 이상의 기압조건하에서 황산을 암모니아로 중화시키는 공정, 물을 증발시켜 증기를 생성시킴으로 중화열을 제거하여 중화된 혼합물을 락탐층과 수용성 황산암모늄 층으로 분리시키는 공정을 포함하여-카프로락탐과 황산의 반응 혼합물로부터-카프로락탐을 회수하는 공정에 관한 것이다. 본 발명에 의한 공정을 대기압하에서 진행되는 종래의 중화기술에 비해 다음과 같은 잇점이 있다.The present invention is a process for neutralizing sulfuric acid with ammonia under atmospheric pressure above atmospheric pressure in the presence of water in the absence of a mother liquor containing ammonium sulfate crystals and / or ammonium sulfate, and neutralizing the mixture by removing heat of neutralization by evaporating water to produce steam. To a lactam layer and a water-soluble ammonium sulfate layer From the reaction mixture of caprolactam and sulfuric acid It relates to a process for recovering caprolactam. The process according to the present invention has the following advantages over the conventional neutralization technology that proceeds under atmospheric pressure.
a. 중화열은 열교환기 없이도 제거된다.a. The heat of neutralization is removed even without a heat exchanger.
b. 중화열은 증기 제조에 사용된다.b. The heat of neutralization is used to produce steam.
c. 반응 혼합물 내에서의 비등에 의해 혼합이 양호해진다.c. Mixing becomes good by boiling in the reaction mixture.
d. 중화열의 제거는 실질적으로 일정한 온도에서 일어나며 따라서 결정의 침적이 가능한 냉각수 및 열교환기를 사용하여 열을 제거하는 경우에 비해서 매우 신속하게 일어난다.d. The removal of the heat of neutralization takes place at a substantially constant temperature and is therefore very rapid compared to the removal of heat using a cooling water and heat exchanger capable of depositing crystals.
본 발명의 공정은 여러가지의 압력하(대기압보다 높은 압력)에서 진행될 수 있다. 압력이 높을수록 보다 고압의 증기가 얻어지지만 가수분해의 증가로 인한 락탐의 손실율이 높아진다. 약 10기압의 압력까지는 손실을 허용할 수 있는 정도이다. 실제로는 2-5기압이 특히 적합하다. 보통 중화된 반응혼합물은 카프로락탐 1몰당 1.3-1.7몰의 황산을 함유한다. 암모니아는 기체상으로 가해주는 것이 보다 바람직하다.The process of the present invention can be run under a variety of pressures (pressures higher than atmospheric pressure). The higher the pressure, the higher the pressure vapor is obtained, but the higher the rate of lactam loss due to increased hydrolysis. Pressures of up to about 10 atmospheres are acceptable. In practice, 2-5 atmospheres are particularly suitable. Usually the neutralized reaction mixture contains 1.3-1.7 moles of sulfuric acid per mole of caprolactam. More preferably, ammonia is added to the gas phase.
수용성 암모니아를 가하는 경우에는 20-25중량%가 가능하나 부적합하다. 본 발명의 공정에 따라 얻어진 수용성 황산 암모늄층과 락탐층은 공지의 방법에 의해 처리된다.If water-soluble ammonia is added, 20-25% by weight is possible but not suitable. The water-soluble ammonium sulfate layer and lactam layer obtained according to the process of the present invention are treated by a known method.
본 발명의 구체예에서는 수성 황산암모늄 층을 특수한 방법으로 처리된다. 즉 수성층을, 만일 필요하다면 증기생성에 소요되는 물로서 열교환시킨후에, 다음 뱃치의 락탐 및 황산의 반응혼합물에 가하고 재순환량의 황산 암모늄 용액 존재하에, 락탐과 황산의 반응혼합물의 본래의 양이 중화될 수 있는 압력보다 낮은 압력하에서, 바람직하게는 대기압하에서 황산을 중화시킴으로서 황산 암모늄 결정이 연속적으로 형성 되면서 반응 혼합물로부터 락탐 및 황산암모늄을 회수하고, 용액으로부터의 문의 증발로서 중화열을 제거시키다.In an embodiment of the invention, the aqueous ammonium sulfate layer is treated in a special manner. That is, the aqueous layer, if necessary, is heat-exchanged with water for steam production, and then added to the next batch of reaction mixtures of lactam and sulfuric acid and neutralized in the presence of recycled ammonium sulfate solution to neutralize the original amount of the reaction mixture of lactam and sulfuric acid. By neutralizing sulfuric acid under a pressure lower than that which can be achieved, preferably at atmospheric pressure, ammonium sulfate crystals are continuously formed, recovering lactam and ammonium sulfate from the reaction mixture and removing the heat of neutralization by evaporation of the door from the solution.
만일 본래량의 반응혼합물(락탐과 황산)의 중화에서 얻어지는 수성 황산암모늄층을 상기와 같이 처리하면 분별결정 장치가 필요하지 않다.If the aqueous ammonium sulfate layer obtained in the neutralization of the original amount of the reaction mixture (lactam and sulfuric acid) is treated as described above, no fractionation crystallizer is necessary.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 수성황산 암모늄층을 다음 뱃치의 락탐과 황산의 반응 혼합물에 가하고, 이 반응혼합물을 클로로포름같은 추출제와 함께 추출시키면 수성층과 상기 추출액내의 락탐용액이 형성되며, 이 용액으로부터 락탐을 회수할 수 있다. 이 공정법은 락탐과 황산의 반응혼합물의 최초량의 중화에서 형성된 황산 암모늄이 다음 뱃치의 반응 혼합물로부터 락탐을 회수하고, 암모늄 하이드로겐 설페이트를 함유하는 수용액을 형성시킬 수 있다는 잇점을 갖고 있다. 따라서 황산 암모늄을 락탐과 함께 제조할 필요가 없다. 암모늄 하이드로겐설페이트를 함유하는 최종용액을 소성시키면 이산화황이 얻어진다.According to another embodiment of the present invention, an aqueous ammonium sulfate layer is added to a reaction mixture of lactam and sulfuric acid in the following batch, and the reaction mixture is extracted with an extractant such as chloroform to form an aqueous layer and a lactam solution in the extract, Lactam can be recovered from this solution. This process has the advantage that ammonium sulfate formed in the initial neutralization of the reaction mixture of lactam and sulfuric acid can recover the lactam from the reaction mixture of the next batch and form an aqueous solution containing ammonium hydrogen sulfate. Thus, there is no need to prepare ammonium sulfate with lactam. Firing the final solution containing ammonium hydrogensulfate yields sulfur dioxide.
이 구체예에서는 락탐과 황산의 반응혼합물 최초량으로부터 얻어진 락탐층은, 만일 필요하다면, 추출될 혼합물에 가해질 수도 있다.In this embodiment, the lactam layer obtained from the initial amount of the reaction mixture of lactam and sulfuric acid may be added to the mixture to be extracted, if necessary.
본 발명은 본 발명의 2가지 구체예를 설명하면 부천 도면으로서 잘 설명될 수 있다.The present invention can be best described as a bucheon drawing when describing two embodiments of the present invention.
그림 1에서 1차 중화 반응기 A에는 중화제 1과 세척대역 2가 포함되어 있다. 2차 중화반응기 C의 두부는 측관을 통하여 구형의 비등용기 D와 연결되어 있으며, 이 용기내로는 측관이 수직으로 뻗어 있다. 냉각 쟈켓트 20이 부설된 응축장치 E는 전술한 비등용기 E의 두부에 꼭 맞도록 되어 있다. 비등용기 D는 저변에서 침전관을 통해 침전 탱크 F로 연결되어 있다. 침전 탱크는 차례로 2차 중화반응기의 하단에 연결된다. 장치가 동작중일때는 대기압 이상의 압력하에서 동작되는 중화장치 1에는 도관 3을 통해-카프로락탐과 황산의 반응혼합물을, 도관 4를 통해 암모니아를 공급한다. 락탐과 황산 암모늄용액의 혼합물은 도관 6을 통해 반응기로부터 분리기 B로 이동된다.In Figure 1, the first neutralization reactor A contains
만일 필요하다면 유도 실린다 5를 중화장치 1에 고정시켜 반응기내에서 혼합 시킬수도 있다. 황산 암모늄 용액을 분리기 B내에서 하층으로 얻어지며, 이것은 확산밸브 11이 부설된 도관 12를 통해 2차 중화 반응기로 이동되며 도관 C를 통해 재순환된다.If necessary,
반출되는 반응열에 의해 중화기내에서 생성된 증기는 판 7이 부설된 세척대역 2를 경유하여 밸브 9가 부설된 도관 10을 통해 회수된다. 증기에 섞여 나오는 락탐과 암모니아를 세척하기 위해 필요한 물을 도관 8을 통해 세척대역 2의 두부로 붓는다.The steam generated in the neutralizer by the heat of reaction taken out is recovered through
중화된 혼합물은 도관 6을 통해 분리기 B로 유동되며 여기에서 상층의 락탐과 황산암모늄 용액으로 구성된 하층으로 분리된다.The neutralized mixture flows through
락탐층은 도관 14를 통해 생성물로서 배출된다. 황산 암모늄 용액은 도관 12를 통해 2차 중화반응기 C로 공급된다. 또한 이 반응기에는 도관 17을 통해 전위혼합물의 2차 뱃치가 공급된다. 암모니아는 도관 15를 통해 공급되며 필요한 경우에는 도관 16을 통해 물을 공급한다. 2차 중화반응기 C는 반응기 A보다 낮은 압력, 예를들면 대기압하에서 동작된다.The lactam bed is discharged as product through conduit 14. Ammonium sulfate solution is fed to the secondary neutralization reactor C through
황산 암모늄으로 포화된 락탐용액내에 황산 암모늄이 현탁된 상태인 비등혼합물은 비등용기 D및 침전탱크 F를 통해 관 C의 하단으로 되돌아간다. 공급된 강산은 이 순환액에 의해 적당히 희석되며, 이렇게 하여 산농도가 너무 높아서 락탐이 가수분해될 위험을 제거한다.The boiling mixture in which ammonium sulfate is suspended in a lactam solution saturated with ammonium sulfate is returned to the bottom of tube C through boiling vessel D and sedimentation tank F. The supplied strong acid is moderately diluted by this circulating fluid, thus eliminating the risk of hydrolysis of the lactam due to too high acid concentration.
그림의 장치에서 재순환흐름은 발생하는 기포가 바람직한 회로를 만들 수 있도록 도관 15를 통해 암모니아 기체와 함께 질소를 공급함으로서 유지된다. 실제로는 재순환 흐름은 펌프에 의해 유지될 수도 있다.The recirculation flow in the device shown is maintained by supplying nitrogen with ammonia gas through conduit 15 to ensure that the bubbles generated create a desirable circuit. In practice, the recycle flow may be maintained by a pump.
비등용기 D내에서 발생된 수증기분은 도관 21을 통해 응축장치 E로 배출된다. 응축장치 E의 바람직한 냉각은 냉각기 20에 의해 이루어지며, 이때 냉각수는 도관 18을 통해 공급되며 도관 19를 통해 배출된다. 필요한 경우에는 도관 21을 통해 물을 시스템에 공급할 수도 있다.Water vapor generated in the boiling vessel D is discharged through
응축장치 E의 하단에 부설된 판 23은 락탐을 세척해낸다.
벽과 침잠관 22의 외부사이의 공간인 침전 탱크 F는 분리되어 나온 락탐유(油)의 저장 공간이며, 락탐유의 상층은 도관 24를 통해 배출된다.The settling tank F, the space between the wall and the outside of the submerged
결정 현탁액은 도관 25를 통해 원심분리기 G로 배출되며 원심분리기에는 도관 26을 통해 세척수가 공급된다. 모액과 세척수는 도관 27을 통해 재순환되며, 재순환 흐름의 일부는 주기적으로 도관 28을 통해 배출된다. 세척된 황산 암모늄 결정은 도관 29를 통해 생성물질로서 배출된다.The crystal suspension is discharged through
그림 2에서 A는 대기압이상의 압력하에서 동작하는 중화장치이며 B는 대기압하에서 동작하는 희석용기이고 C를 추출장치이다. 중화장치 A에는 도관 1을 통해-카플로락탐과 황산의 혼합물 도관 2를 통해서는 암모니아가 공급된다. 도관 3을 통해 물을 공급하여 수증기에 섞여나오는 락탐과 암모니아를 세척한 후에, 생성된 증기를 도관 4를 통해 배출시킨다. 생성된 락탐은 도관 5를 통해 배출되며 황산 암모늄용액은 도관 6및 확산밸브 7을 통해 희석용기 B로 이동된다. 용기 B에는 도관 8을 통해 락탐과 황산의 혼합물의 새로운 뱃치가 공급되며 필요한 경우에는 도관 9를 통해 물을 공급한다.In Figure 2, A is a neutralizer operating under pressure above atmospheric pressure, B is a dilution vessel operating under atmospheric pressure, and C is an extractor. Neutralizer A, via
황산 암모늄 용액의 열량은, 예를들면 도관 3을 통해 공급되며 물을 예열하는데 사용된다. 희석용기내의 온도는 약 30℃로 유지시킨다. 희석용기 B에 공급되는 황산 암모늄 용액과, 락탐 및 황산의 전위 혼합물의 양은 최종 혼합물에서 황산 암모늄의 몰비가 황산 암모늄과 황산의 함량에 대해서 0.4 : 1 내지 0.6 : 1 사이가 되도록 한다.The calorific value of the ammonium sulfate solution is for example supplied through
희석용기 B에서 희석시킨 후, 도관 11을 통해 클로로포름같은 락탐용 추출제가 공급되는 추출장치 C로, 혼합물을 도관 10을 통해 공급한다. 필요에 따라서 도관 5를 통해 중화장치 A로부터 방출되는 락탐을 추출장치 C로 공급할 수도 있다. 유기용매내의 락탐용액은 도관 12를 통해 방출된다.After dilution in dilution vessel B, the mixture is fed through
락탐은 이 용액으로부터 공지의 방법에 의해 회수된다. 암모늄 하이드로겐설페이트는 도관 13을 통해 시스팀으로부터 빼낼 수 있다. 이 용액은 중화 및 결정화에 의해 고체 황산 암모늄으로 전환시키는 공정과 같은 공지의 방법에 의해 처리된다. 상기 용액내의 암모늄 하이드로겐 설페이트는 열분해하여 암모니아와 삼산화황으로 회수하거나 또는 소성시켜 질소, 이산화황 및 수증기의 혼합물을 형성시킬 수도 있다. 이러한 공정에서 형성된 삼산화황 및 이산화황은 락탐의 제조에 다시 사용될 수 있는 황산 혹은 올레움으로 만들수도 있다. 다음 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이다.Lactam is recovered from this solution by a known method. Ammonium hydrogensulfate can be withdrawn from the system through
[실시예 1]Example 1
그림 1에 표시된 형태의 구체예에서 1kg/시간의-카프로락탐 및 1.3kg/시간의 황산의 전위혼합물을 도관 3을 통해 150℃에서 3.4기압하에 동작하는 1차 중화반응장치에 공급하고, 도관 4를 통해서 0.45kg/시간의 암모니아를, 도관 8을 통해서는 2.51kg/시간의 물을 공급한다. 중화반응장치 A에서 락탐을 약 20분간 체류시킨다. 이 조건하에서는 0.5중량%미만의 락탐이 가수분해된다. 도관 10을 통해 3.4기압의 0.86kg/시간의 증기가 회수된다.1 kg / hour in the embodiment of the form shown in Figure 1 A potential mixture of caprolactam and sulfuric acid of 1.3 kg / hour is fed through
180℃에서 대기압하에서 동작하는 2차 중화 반응장치 C에 도관 12를 통해 1.75kg/시간의 황산 암모늄 및 1.43kg/시간의 물을, 도관 17을 통해서 0.93kg/시간의 락탐과 1.21kg/ 시간의 황산을 도관 15를 통해서는 0.42kg/시간의 암모니아를 공급한다. 도관 16 및 26을 통해 시스팀에 공급되는 물의 양은 0.26kg/시간이다. 1.33kg/시간의 수증기가 도관 21을 통해 방출된다. 배출흐름 28은 0.1kg/시간의 물과 0.1kg/시간의 황산암모늄을 포함한다. 황산암모늄 결정은 도관 29를 통해 3.28kg/시간의 속도로 배출된다.Secondary neutralization reactor C, operating at atmospheric pressure at 180 ° C., was charged with 1.75 kg / h ammonium sulfate and 1.43 kg / h water through
[실시예 2]Example 2
150℃에서 3.4기압하에 동작하는 그림 2에 따른 장치의 반응기 A에 도관 1을 통해 1kg/시간의 락탐과 1.3kg/시간의 황산을, 도관 2를 통해 0.45kg/시간의 암모니아를, 도관 3을 통해 2.51kg/시간의 물을 공급한다. 3-4기압의 0.86kg/시간의 증기가 도관4를 통해 회수한다. 희석용기 B에 도관 8을 통해 1kg/의 락탐 및 1.3kg의 황산의 전위 혼합물 2차 뱃치를, 도관 6을 통해 1.7kg의 황산암모늄과 1.43kg의 물을 공급한다. 혼합물을 도관 10을 통해 추출장치 C로 이동시키고, 여기에서 도관 11을 통해 공급되는 3kg의 클로로포름으로 락탐을 추출한다. 3.05kg의 NH4HSO4와 3.05kg 의 물을 함유하는 중황산 암모늄 용액이 도관 13을 통해 배출된다.1 kg / hour lactam and 1.3 kg / hour sulfuric acid through
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