RO113640B1 - Procedeu de sinteza a n-metilpirolidonei - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la un procedeu de sinteză a N-metilpirolidonei utilizată ca solvent, la fabricarea maselor plastice, a diferitelor rășini și lacuri, la filarea poliamidei, în industria de vopsele și pigmenți si cu randamente mari de separare, în procesele de absorbție selectivă a hidrocarburilor, ca solvent selectiv. Procedeul conform invenției constă în amidarea gama-butirolactonei cu monometilamina, în sistem continuu, în fază omogenă lichidă, urmată de ciclizarea intermediarului hidroxi N-metilbutiramida si de izolarea produsului finit prin rectificare la vid, etapa de amidare fiind condusă la presiune de (90... 1OO] x 1O5 N/ma și temperatură de 15O...17O°C, la ieșirea din reactor, la o viteză lineară a amestecului de reactanți între 0,02...0,05 m/s, urmată de preîncălzirea amestecului la 28O...29O°C, la aceeași presiune ca în prima etapă.

Description

RO 113640 Bl 1

Prezenta invenţie se referă la un procedeu de sinteză a N-metilpirolidonei, produs cu largi utilizări în industria maselor plastice, a diferitelor lacuri şi răşini fiind utilizat ca solvent, cu utilizări în filarea poliamidei, în procesele de absorbţie selectivă a hidrocarburilor (cum sunt acetilena, butadiena), unde prezintă randamente mari de separare.

Sunt cunoscute diferite procedee de preparare a N-metilpirolidonei. Majoritatea procedeelor supun ga/na-butirol-actona procesului de amidare cu soluţie apoasă de monometilamină, urmată de ciclizarea produsului intermediar,numit hidroxi N-metil butiramidă, la produsul finit numit N-metil pirolidonă.

Pentru obţinerea gama-butirolac-tonei se utilizează diferite materii prime. Astfel, se cunoaşte un procedeu care utilizează ca materii prime acetilena şi formaldehida, unde, în urma reacţiei dintre acestea, se obţine butandiol. Butan-diolul este hidrogenat la grama-butirol-actonă, care, prin amidare cu monome-tilamina, conduce la obţinerea de N-me-tilpirolidonă.

Procedeul ce are la bază reacţia de hidrogenare a anhidridei maleice la gama-butirolactonă, urmată de amidarea acesteia cu monometilamina, are cea mai largă utilizare. Sunt cunoscute procedee care utilizează condiţii de lucru diferite în reacţia de amidare a gama-butirolactonei cu monometilamina.

Astfel ,se cunoaşte un procedeu de preparare a N-metilpirolidonei din gama-buritolactonă, monometilamină şi apă, la raporturi molare de 1:1,4:4, la presiune de 45...50 x 105 N/m2 şi 250°C[JP 7642107).

Pentru a obţine un produs cât mai stabil, se cunoaşte un procedeu de preparare a N-metilpirolidonei prin tratarea gama-butirlactonei cu soluţie apoasă de monometilamină 50 % şi ciclizarea hi-droxi-N-metilbutiramidei, produsul amidat fiind tratat cu o fracţiune de N-metil-pirolidonă proaspăt rectificată (RO 96953].

Un procedeu de preparare a 2 pirolidonelor, printre care este enume- 2 rată şi N-metilpirolidona, realizează sinteza în faza gazoasă plecând de la gama-butirlactonă şi amină într-un reactor ce conţine catalizator format din oxizi de cupru, cobalt şi titan, timp de 3 h la 270°C (JP 7400259].

Un alt procedeu ,ce asigură o conversie totală a gama-butirolactonei şi randamente în N-metilpirolidonă de 98.. .99 %, realizează sinteza N-metilpirolidonei printr-un procedeu continuu în fază lichidă omogenă, unde în prima etapă la raporturi molare de 1:1,22:2,1 dintre gama-butirolactonă, monometilamină şi apă la presiunea de maximum 2 x 104 N/m2 şi temperatura de 40 ...50°C are loc reacţia de amidare urmată de faza a doua de reacţie de ci-clizare, ce are loc la temperatura de 280.. .29G°C şi presiunea de (9G...10G) x 105 N/m2 (RO 111189],

Dezavantajele procedeelor enumerate mai sus constau în pierderi de monometilamină la faza de amidare unde reacţia este condusă, de regulă, la presiune atmosferică, instabilitatea produsului finit .datorită timpului de staţionare mic a produsului amidat la faza de cicli-zare, timpul foarte mare al reacţiei de amidare (10...12 h] pentru preîntâmpinarea degajării monometilaminei din masa de reacţie, consumuri energetice mărite datorate vehiculării şi stocării produsului amidat, a răcirii produsului în faza de amidare, urmată de preîncălzire în faza de ciclizare.

Prezenta invenţia se referă la un procedeu de sinteză a N-metil-pirolidonei prin reacţia γ-butirolactonei cu monome-tilamina în prezenţa apei .realizată în două etape: etapa de amidare are loc la presiunea de (90...100] x 105 N/m2 şi temperatura de 150 şi 170°C la ieşirea din reactor, la o viteză liniară a amestecului de reacţie între 0,02 şi 0,05 m/s, urmată de preîncălzirea a-mestecului la 260...270°C, iar în etapa a doua, reacţia de ciclizare a intermediarului rezultat are loc la o temperatură de 280...290°C, la aceeaşi presiune ca în prima etapă, la parametri în limitele menţionate, urmată de izolarea produ- RO 113640 Bl 3 sului finit în condiţii obişnuite.

Procedeul conform invenţiei prezintă următoarele avantaje: - se elimină stocarea produsului intermediar şi şe reduce mult timpul necesar formării hidroxi-N-metilbutiramidei; - se utilizează căldura de reacţie în vederea încălzirii produsului de reacţie ce se supune ciclizării; - se elimină consumul de apă de răcire; - se elimină consumul de energie, prin eliminarea a trei agitatoare; - se reduc consumurile specifice de gama-butirolactonă şi monometil-amină; - se reduc cheltuielile necesare întreţinerii utilajelor eferente.

Conform invenţiei, reacţia de ami-dare are loc într-un reactor tubular prevăzut cu umplutură metalică specială de tip Sulzer, cuplat cu reactorul de cicli-zare şi amplasat înaintea acestuia.

Reactorul constă într-un tub metalic rezistent la presiune şi temperatură, cu diametrul cuprins între 60 şi 100 mm şi lungimea de 1,5...2,5 m, în funcţie de debitul de gama-butirolactonă supusă amidării, prevăzut cu umplutura metalică specială tip Sulzer. în acest reactor are loc reacţia dintre gama-butirolactonă şi monometil-amină la presiunea de (90...100] x 105 N/m2 şi temperatura de 150 ... 170°C la ieşirea din reactor. Reacţia chimică ce are loc se desfăşoară după următoarea formulă: H2O-C0 I \ O + CH3NH2-- HO-iCH^-CO-NH-CHg h2c—ch2

Reacţia fiind exotermă, la fiecare mol de produs format se degajă 60 kJ. Datorită degajării căldurii de reacţie, amestecul de produs amidat ce iese din reactor va avea 150... 170°C.

Hidroxi-N-metilbutiramida formată trece în N-metilpirolidonă în reactorul de ciclizare conform reacţiei: 4 H2C—co H0-[CH2]3-(D-NH-CH3 —. | ^ n-ch3 + h2o h2c—ch2

Procedeul de obţinere conform invenţiei se desfăşoară în condiţiile descrise în continuare. Obţinerea N-metil-pirolidonei are loc într-o singură fază, în două etape. în prima etapă, într-un reactor tubular are loc reacţia de a-midare a gama-butirolactonei în condiţii adiabatice la o temperatură până la 170°C, la presiunea de (90... 100] x 105 N/m2 la un raport molar între gama-butirolactonă, metilamină si apă de 1:1,22:2,1.

Amestecul de reacţie parcurge reactorul tubular, prevăzut cu umplutura Sulzer, cu o viteză liniară cuprinsă între 0,03 şi 0,04 m/s. Produsul de reacţie părăseşte reactorul cu o temperatură de 150... 170°C, temperatură realizată datorită căldurii de reacţie.

Produsul amidat trece prin pre-încălzitorul reactorului de ciclizare, unde este încălzit la 260...280°C prin intermediul unui agent termic (ulei], apoi intră în reactorul de ciclizare unde, în etapa a doua, are loc reacţia de ciclizare la temperatura de 280...290°C şi presiunea de (90...100] x 105 N/m2.

Pentru a evita apariţia de gama-butirolactonă nereacţionată în produsul finit, greu separabilă de N-metilpirolidonă din cauza punctelor de fierbere apropiate, se lucrează cu exces de monome-tilamină faţă de necesarul stoichiome-tric.

Timpul de reacţie în reactorul de ciclizare trebuie să fie mai mare de două h, lucru realizat prin raportul dintre H/D>85, fapt ce asigură o stabilitate perfectă a produsului finit.

Procedeul, conform invenţiei, elimină dezavantajele menţionate anterior, prin aceea că, pentru reacţia de amidare utilizează un reactor tubular adiabatic, prevăzut cu umplutura specială, cuplat cu reactorul de ciclizare şi amplasat înaintea acestuia, realizează reacţia de amidare la presiune egală cu presiunea necesară reacţiei de ciclizare, respectiv

Claims (1)

1. RO 113640 Bl 5 (9G...100) x 105 N/ma, la o diferenţă de temperatură între intrare şi ieşire din reactor de 150...160°C, cu o viteză liniară de curgere a reactanţilor prin reactor cuprinsă între 0,02 şi O ,G5 m/s. în continuare se prezintă un e-xemplu de realizare a invenţiei. într-un reactor tubular orizontal, prevăzut cu umplutură specială de tip Sulzer, se introduc, cu ajutorul unei pompe de presiune, 290...310 părţi în greutate/h gama-butirolactonă şi 260 ...270 părţi în greutate/h soluţie apoasă de monometilamină cu o concentraţie de 50 % în greutate. Alimentarea reactorului cu cantităţile de mai sus realizează un raport molar gama-butirolactonă, monometilamină şi apă de 1:1,22:2,1. Reactanţii sunt introduşi în reactor la temperatura mediului ambinat. Amestecul de reacţie, cu o viteză liniară cuprinsă între 0,03 şi 0,04 m/s parcurge reactorul cu umplutură. Produsul de reacţie, hidroxi-N-metil-butiramida, părăseşte reactorul cu o temperatură de 150...160°C, realizată datorită căldurii de reacţie şi intră în preîncălzitorul reactorului de ciclizare. în preîncălzitor, datorită căldurii cedate de agentul termic, are loc încălzirea produsului de reacţie la 260...280°C, temperatură cu care acesta intră în reactorul de ciclizare. Produsul parcurge tuburile reactorului de ciclizare cu o viteză volumară de 0,4 h'1 şi o viteză liniară de 0,027 m/s. Temperatura reactorului de ciclizare este menţinută la 280...290°C prin circulaţie de agent termic (ulei) în manta. Este necesar ca raportul dintre înălţimea tubului reactorului de ciclizare şi diametrul acestuia să fie H/D>85. Această valoare, în condiţiile alimentării cu cantităţile de re-actanţi arătate mai sus, asigură un timp de reacţie mai mare de 2 h, ce asigură ciclizarea completă a hidroxi-N-metilbu-tiramidei la N-metilpirolidonă. Presiunea în sistem este menţinută la valoarea de (90...100) x 105 cu ajutorul unui ventil de reglare automată amplasat pe linia de evacuare a produsului de reacţie. 6 Pentru reducerea la minimum a pulsaţiilor din sistem datorate pompei cu piston de la alimentarea reactanţilor, înainte de ventilul de reglare a presiunii s-a amplasat un amortizor de pulsaţii prevăzut cu pernă de azot deasupra lichidului, cu rol de compensare a variaţiilor de presiune. Din reactorul de ciclizare sunt evacuate 550...580 părţi în greutate a-mestec de reacţie având compoziţia în greutate în jurul valorilor: 60,3 % N-metilpirolidonă; 4,3 % monometilamină; 34,2 % apă; 1,2% răşini. Separarea N-metilpirolidonei din masa de reacţie are loc în coloane de rectificare conform procedeelor cunoscute şi nu face obiectul acestei invenţii. Important în cadrul procedeului expus este menţinerea raporturilor molare dintre reactanţi de 1:1,22:2,1, a vitezei liniare în reactorul cu umplutură cuprinsă între 0,03 şi 0,04 m/s şi a raportului H/D>85 la reactorul de ciclizare. Aceste valori se pot obţine prin variaţia debitului de alimentare cu reactanţi şi a caracteristicilor constructive ale celor două reactoare. Procedeul conform invenţiei asigură un randament de 98...99 %, cu o conversie totală a gama-butirolactonei şi un consum de monometilamină de maximum 6 % mai mare decât cel stoichio-metric. Revendicare Procedeu de sinteză a N-metil-pirolidonei, în sistem continuu, în faza lichidă omogenă, prin reacţia gama-buti-rolactonei cu monometilamină în prezenţa apei, realizată în două etape, constând în amidarea lactonei cu monome-tilamina la raport molar între reactanţi de 1:1,22:2,1 şi a doua etapă constând în ciclizarea intermediarului hidroxi-N-metilbutiramida la 280...290°C, la presiunea de (90...100) x 105 N/m2, viteză volumară 0,38...0,42 h'1 şi viteză liniară de 0,027 m/s, urmată de izolarea produsului finit prin rectificare la vid, caracterizat prin aceea că, în scopul reducerii consumurilor specifice de materii RO 113640 Bl 7 8 prime, a consumurilor energetice şi a consumurilor specifice de agent termic, a simplificării şi optimizării procesului, etapa de amidare are loc la presiunea de (90... 100] x 105 N/m2 şi temperatura 5 de 150... 170°C la ieşirea din reactor, la o viteză liniară a amestecului de reacţie între 0,02 şi 0,05 m/s, urmată de pre- încălzirea amestecului la 260 ... 270°C, iar în etapa a doua, reacţia de ciclizare a intermediarului rezultat are loc la o temperatură de 280...290°C, la aceeaşi presiune ca în prima etapă, la parametri în limitele menţionate, urmată de izolarea produsului finit în condiţii obişnuite. Preşedintele comisiei de examinare: ing. Marin Elena Examinator: chim. Gruia Amelia ^ \ Editare şi ti Λ γ ' TA Tipărit la: C îhnoredactare computerizată - OSIM ficiul de Stat pentru Invenţii şi Mărci Editare şi tehnoredactare computerizată - OSIM Tipărit la: Oficiul de Stat pentru Invenţii şi Mărci