SK123899A3 - Process for purifying caprolactam - Google Patents

Description

Vynález sa týka spôsobu čistenia vodnej kaprolaktámovej zmesi, pričom tento postup sa uskutočňuje tak, že sa najprv uskutoční extrakcia kaprolaktámu s pomocou organického, s vodou miešateľného kaprolaktámového rozpúšťadla, ktorá je uskutočnená v rámci benzénovej extrakcie a ďalej sa uskutoční uvolnenie kaprolaktámu z tohto organického rozpúšťadla prostredníctvom vodnej extrakcie za tvorby vodného kaprolaktámového roztoku, ktorá je uskutočnená v rámci spätnej extrakcie.

Doterajší stav techniky

Tento spôsob je známy z patentu NL-A-77110150, ktorý opisuje takzvanú benzénovú extrakciu kaprolaktámu zvody do benzénu a spätnou extrakciu z benzénu do vody. Nevýhoda tohto spôsobu však spočíva v skutočnosti, že pokiaľ dôjde k väčšiemu zaťaženiu kolón, napríklad pri zvýšení produkcie kaprolaktámu, potom bude pri použiteľných extrakčných kolónach negatívne ovplyvnený výťažok extrakcie.

Podstata vynálezu

Cieľom vynálezom je teda nájsť postup, v ktorého rámci by tieto extrakčné stupne mohli byť viac zaťažované bez straty extrakčného výťažku.

Tento cieľ je dosiahnutý tým, že pred benzénovou extrakciou a/alebo spätnou extrakciou je uskutočnená prinajmenšom jedna oddelená predextrakcia, kde pred touto benzénovou extrakciou je pri uskutočňovaní tejto predextrakcie použité organické rozpúšťadlo nemiešateľné s vodou, zatiaľ čo pred touto spätnou extrakciou je pri uskutočňovaní tejto predextrakcie použitá voda.

31292 T

Postup v uskutočnení podľa vynálezu umožňuje zvýšenie záťaže akéhokoľvek extrakčného stupňa o 20 % s pomocou iba jediného dodatočného teoretického poschodia kolóny; tento postup navyše dokonca vedie ku zvýšenému extrakčnému výťažku. Čistenie kaprolaktámu s pomocou benzénovej extrakcie a spätnej extrakcie často v rámci výroby kaprolaktámu prináša komplikácie, lebo extrakčné kolóny nie sú schopné spracovať zvýšené produkcie kaprolaktámu. Tento problém môže byť teraz jednoducho riešený, a to dokonca bez nároku na inštaláciu ďalšieho zaradenia, ako napríklad dodatočných extrakčných kolón, tým, že sa v rámci tohoto postupu uskutoční predextrakcia. Nové extrakčné kolóny sú navyše drahé a často je obtiažne začleniť ich do už existujúceho zariadenia.

Táto predextrakcia môže byť napríklad uskutočnená v kombinovanom miešacom a usadzovacom zariadení. Týmto kombinovaným miešacím a usadzovacím zariadením je zariadenie, ktoré obsahuje časť, v ktorej je uskutočňované miešanie a časť, v ktorej je uskutočňované usadzovanie. Kvapaliny sú miešané v tejto miešacej časti, pričom je im dodávaná energia, napríklad prostredníctvom miešadla. Tento krok vedie ku tvorbe kvapiek jednej kvapaliny v kvapaline druhej, teda ku tvorbe disperzie. Táto disperzia následne zostáva vusadzovacej časti po dostatočne dlhú dobu, aby tieto kvapôčky splynuli, vo výhodnom uskutočnení s laminárnym tokom.

Vhodné kombinované miešacie a usadzovacie zariadenia sú zariadenia skriňového typu, zariadenia IMI, zariadenia „General Mills“ alebo zariadenia Kemira, ktoré sú opísané v publikácii „Liguid-Liguid Extraction Equipment“ (GodfreyJ. C., SlaterM.J., Ed. Wiley, COP(1994), Ch. I, str. 294-297).

V uskutočnení podľa vynálezu je rovnako možné umiestniť toto dodatočné zariadenie na extrakčnú kolónu, kde toto dodatočné zariadenie môže byť prípadne rozšírené.

Zmesi obsahujúce kaprolaktám môžu byť napríklad extrahované pomocou extrakčných kolón. Ako extrakčné kolóny sú pre tento účel vhodné kolóny vybavené rotujúcimi vnútorne inštalovanými elementárni, známe ako

31292 T „rotačné diskové kolóny“ (RDC) a elementy pre pulzovanie kvapaliny. V uskutočnení podľa vynálezu môžu rovnako byť použité pulzné kolóny vybavené vyplňovými telesami, pulzné kolóny vybavené sieťovými poschodiami, reaktory vybavené asymetrickými rotačnými diskami (ARD), Scheibelove kolóny a kolóny typu KCihni. Všeobecne potom pre realizáciu postupu podľa vynálezu bude stačiť kolóna obsahujúca od 3 do 25 teoretických poschodí, v závislosti na požadovanom stupni čistenia. Je samozrejme možné v prípade potreby počet poschodí zvýšiť. Tento extrakčný proces je vo výhodnom usskutočnení realizovaný v protiprúdom usporiadaní, lebo extrakcia bude v takom prípade realizovaná najvýhodnejším, a teda tiež najekonomickejším spôsobom

Kaprolaktám môže byť napríklad pripravený Beckmanovým priesmykom cyklohexanónoximu v prítomnosti kyseliny sírovej. Beckmanov priesmyk môže prebiehať ako v plynnej fáze, tak i v kvapalnej fáze. Následne po priesmyku uskutočnenom v kvapalnej fáze je reakčná zmes obvykle neutralizovaná, napríklad pomocou amoniaku Výsledkom tohto postupu je separácia fáz. Jedna z týchto fáz obsahuje v zásade všetok kaprolaktám a ďalšia fáza obsahuje v zásade všetok vytvorený síran amónny.

V jednom z možných uskutočnení podľa vynálezu je táto kaprolaktámom obsahujúca zmes v rámci benzénovej extrakcie najprv privedená napríklad do kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia, čím je realizovaný predextračný stupeň, do ktorého je pridané organické rozpúšťadlo získané z extrakčného stupňa, napríklad z kolóny. Následne sú tieto dve fázy po určitý časový úsek intenzívne premiešavané. V súvislosti s touto dobou premiešavania je dôležité, aby bol takmer dosiahnutý stav fyzikálnej rovnováhy. Táto doba premiešávania sa obvykle pohybuje v rozmedzí od päť minút do pol hodiny. Potom je táto zmes privedená do usadzovacej časti, kde sa takto získaná disperzia môže usadzovať, čo v dôsledku vedie k oddelenej vodnej fáze, ktorá je podrobená ďalšej separácii, a oddelenej organickej fáze. Následne je táto oddelená vodná fáza privedená do hornej časti benzénovej extrakčnej kolóny. V uskutočnení podľa vynálezu je rovnako možné privádzať

31292 T časť tejto disperzie z kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia do hornej časti extrakčnej kolóny a ďalšiu časť do tejto kolóny privádzať v bode ležiacom napríklad v jednej tretine výšky extrakčnej kolóny. Extrakčné médium je potom privádzané do spodnej časti tejto extrakčnej kolóny.

Nie je nevyhnutne nutné privádzať (celkové) množstvo extrakčného média do hornej (alebo spodnej) časti kolóny alebo kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia. Časť alebo všetko množstvo tohto extrakčného média môže byť prípadne privedené do hornej (alebo spodnej) tretiny extrakčnej kolóny a/alebo kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia.

V uskutočnení podlá vynálezu je rovnako možné uskutočniť niekoľko benzénových extrakcií a/alebo spätných extrakcií.

Táto predextrakcia môže byť realizovaná pred benzénovou extrakciou alebo pred spätnou extrakciou alebo pred oboma extrakčnými stupňami. Vo výhodnom uskutočnení je táto predextrakcia uskutočnená na koncentrovanej strane (stranách) benzénovej extrakcie a/alebo spätnej extrakcie.

Táto predextrakcia je vo výhodnom uskutočnení zrealizovaná v kombinovanom miešacom a usadzovacom zariadení. Je samozrejme rovnako možné použiť niekoľko týchto kombinovaných miešacích a usadzovacích zariadení.

Teplota, pri ktorej je tento predextračný stupeň uskutočňovaný sa pri zaradení pred prvý stupeň pohybuje v rozmedzí od 20 °C do 80 °C. Pri zaradení pred druhý extrakčný stupeň sa teplota, pri ktorej je tento predextračný stupeň uskutočňovaný pohybuje v rozmedzí od 20 °C do 80 °C.

V rámci benzénového extrakčného stupňa môžu byť použité tiež iné extrakčné médiá. Vhodnými extrakčnými médiami pre uskutočnenie tejto benzénovej extrakcie sú benzén, toluén, xylén, chloroform, chlórované uhľovodíky alebo vyššie alkoholy, to znamená jednosýtne alebo viacsýtne alkoholy obsahujúce od päť do dvanásť uhlíkových atómov. Tieto extrakčné média môžu rovnako obsahovať kaprolaktám.

31292 T

V prípade spätnej extrakcie je toto extrakčné médium obvykle predstavované vodou alebo roztokom kaprolaktámu vo vode.

Toto extrakčné médium je vo výhodnom uskutočnení recyklované a znovu využité. Toto opätovné využitie extrakčného média môže prípadne nasledovať po vyčistení použitého média.

Opis priložených obrázkov

Postup podľa vynálezu je schematicky ilustrovaný na priloženom obr. 1, pričom na obr. 2 je znázornená kolóna použitá v ďalej opísanom porovnávacom príklade A a na obr. 3 je zariadenie použité na uskutočňovanie postupu podľa ďalej uvedeného príkladu 1.

Na obr. 1 symboly A a B znázorňujú extrakčné kolóny. Zmes kaprolaktám/voda je privedená do kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia 2 prostredníctvom potrubia 1 Organické rozpúšťadlo, ako napríklad benzén alebo benzolaktám, je navyše privádzané do kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia 2 prostredníctvom potrubia 4. Tento predextrahovaný vodný prívod obsahujúci kaprolaktám je vedený do kolóny A prostredníctvom potrubia 3. Organické rozpúšťadlo je protiprúdovým spôsobom privádzané prostredníctvom potrubia 6 do kolóny A na uskutočnenie extrakcie kaprolaktámu z vodného roztoku. Vodný roztok, z ktorého bola väčšia časť kaprolaktámu odstránená je odvádzaný prostredníctvom potrubia 5. Organický kaprolaktámový roztok je vrátený do kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia 2 prostredníctvom potrubia 4 a potom je privedený do kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia 8 prostredníctvom potrubia 7. Prostredníctvom potrubia 9 je organický kaprolaktámový roztok privádzaný do extrakčnej kolóny B, v ktorej prebieha spätná extrakcia kaprolaktámu s pomocou vody dodávanej prostredníctvom potrubia 11 Rozpúšťadlo, z ktorého bol takmer všetok kaprolaktám odstránený, je odvádzané prostredníctvom potrubia 10, aby bolo opäť využité ako extrakčné médium pre zmes kaprolaktám/voda.

31292 T

Roztok kaprolaktámu vo vode získaný z kolóny B je privádzaný do kombinovaného miešacieho a usadzovacieho zariadenia 8 prostredníctvom potrubia 12 a odtiaľ odvádzaný prostredníctvom potrubia 13 k ďalšiemu spracovaniu

Príklady uskutočnenia vynálezu

Postup podľa vynálezu bude v ďalšom bližšie opísaný pomocou konkrétnych príkladov, ktoré sú iba ilustratívne a neobmedzujú nijako rozsah vynálezu.

Porovnávací príklad A

Vodná kaprolaktámová zmes obsahujúca 71,9% hmotnostných kaprolaktámu bola extrahovaná pomocou benzénu v takzvanej „rotačnej diskovej kolóne“ (RDC), ktorej dĺžka činila 4,5 metrov a priemer 7,5 centimetrov (pozri obr. 2). Tieto disky rotovali pri rýchlosti 400 otáčok za minútu (rpm). Vodný kaprolaktám bol privedený do hornej časti tejto kolóny 7' prostredníctvom prívodu ľ , pri prietokovej rýchlosti 30 litrov/hodinu. Benzén bol privedený do spodnej časti prostredníctvom prívodu Z pri prietokovej rýchlosti 84 litrov/hodinu. Extrakčný výťažok bol optimalizovaný zmenou množstva dodanej rotačnej energie. Odchádzajúca vodná fáza prostredníctvom potrubia 2Γ obsahovala 0,4 % hmotnostného kaprolaktámu, odchádzajúca benzénová fáza prostredníctvom potrubia 4' obsahovala 22 % hmotnostných kaprolaktámu. Extrakčný výťažok, ktorý bol vyjadrený ako množstvo kaprolaktámu vo fáze 3' vztiahnuté na množstvo kaprolaktámu v prívode ľ, činil 99,5 %.

31292 T

Príklad 1

Porovnávací experiment A bol opakovaný, iba stým rozdielom, že v tomto prípade bolo pred kolónu umiestnené kombinované miešacie a usadzovacie zariadenie (pozri obr. 3). Miešacie zariadenie 8 bolo predstavované miešanou nádobou s výškou 15 centimetrov a priemeru 30 centimetrov. Doba zdržania v tomto miešacom zariadení činila 5 minút. Usadzovacie zariadenie 9 bolo predstavované pravouhlým kontajnerom, ktorého rozmery činili 0,6 m x 0,3 m x 0,2 m. Doba zdržania v tomto usadzovacom zariadení činila 10 minút. Rýchlosť rotácie v rotačnej diskovej kolóne (RDC) činila 700 otáčok za minútu. Prietokové rýchlosti vodnej kaprolaktámovej zmesi a benzénu boli zvýšené o 25 %. Prietoková rýchlosť prívodného prúdu vedeného potrubím 1” činila 37,5 litrov/hodinu, zatiaľ čo prietoková rýchlosť prúdu 2 činila 105 litrov/hodinu. Odchádzajúca vodná fáza 3 obsahovala iba 0,2 % hmotnostného kaprolaktámu, zatiaľ čo odchádzajúca benzénová fáza 4” stále obsahovala 22 % hmotnostných kaprolaktámu. Extrakčný výťažok činil 99,8 %, zatiaľ čo kapacita extrakčných stupňov bola navyše zvýšená o 25 %.

Porovnávací príklad B

Vodná kaprolaktámová zmes obsahujúca 71 % kaprolaktámu bola extrahovaná s pomocou toluénu v takzvanej „pulznej náplňovej kolóne“ (PPC), ktorej dĺžka činila 5 metrov a priemer 5 centimetrov. Vodná kaprolaktámová zmes bola privádzaná do hornej časti tejto kolóny 7' prostredníctvom prívodu ľ, pri prietokovej rýchlosti 7,6 kilogramov/hodinu (pozri obr. 2). Toluén bol privádzaný do spodnej časti prostredníctvom potrubia 2' pri prietokovej rýchlosti 28 kilogramov/hodinu. Rýchlosť pulzovania v tejto kolóne sa pohybovala v rozmedzí od 0,005 m/s do 0,02 m/s. Odchádzajúca vodná fáza vedená potrubím 3' obsahovala 8 % hmotnostných kaprolaktámu, odchádzajúca toluénová fáza vedená potrubím 4' obsahovala 17 % hmotnostných kaprolaktámu. Extrakčný výťažok, ktorý bol vyjadrený ako množstvo kaprolaktámu vo fáze v potrubí 3' vztiahnuté na množstvo

31292 T kaprolaktámu v prívodnom potrubí Γ, činil 93 %.

Príklad 2

Porovnávací experiment B bol opakovaný, iba s tým rozdielom, že pred kolónu bolo umiestnené kombinované miešacie a usadzovacie zariadenie, ako bolo opísané vyššie v príklade 1, (pozri obr. 3). Doba zdržania v tomto miešacom zariadení činila 6 minút. Doba zdržania v tomto usadzovacom zariadení činila 10 minút. Prietokové rýchlosti prívodného prúdu v potrubí 1 a prúdu v potrubí 2 boli zvýšené o 20 %. Prietoková rýchlosť prívodného prúdu v potrubí Γ' činila 9,1 kilogramov/hodinu, zatiaľ čo prietoková rýchlosť prúdu v potrubí 2 činila 34 kilogramov/hodinu. Odchádzajúca vodná fáza v potrubí 3 obsahovala iba 5 % hmotnostných kaprolaktámu, zatiaľ čo odchádzajúca toluénová fáza v potrubí 4 stále obsahovala 17 % hmotnostných kaprolaktámu. Extrakčný výťažok činil 96 %, zatiaľ čo kapacita extrakčných stupňov bola navyše zvýšená o 20 %.

Porovnávací príklad C

Vodná kaprolaktámová zmes obsahujúca 71 % hmotnostných kaprolaktámu bola extrahovaná pomocou benzénu v takzvanej „pulznej náplňovej kolóne¹ (PPC), ktorej dĺžka činila 6 metrov a priemer 0,23 metrov. Vodná kaprolaktámová zmes bola privádzaná do hornej časti tejto kolóny 7' prostredníctvom prívodného potrubia ľ, pri prietokovej rýchlosti 123 kilogramov/hodinu (pozri obr. 2). Benzén bol privádzaný do spodnej časti prostredníctvom potrubia 2' pri prietokovej rýchlosti 243 kilogramov/hodinu. Rýchlosť pulzovania v tejto kolóne sa pohybovala v rozmedzí od 0,006 m/s do 0,0125 m/s.

Odchádzajúca vodná fáza v potrubí 3' obsahovala približne 1,5 % hmotnostných kaprolaktámu, odchádzajúca benzénová fáza v potrubí 4' obsahovala približne 20 % hmotnostných kaprolaktámu. Extrakčný výťažok, ktorý bol vyjadrený ako množstvo kaprolaktámu vo fáze v potrubí 3' vztiahnuté na množstvo kaprolaktámu v prívodnom potrubí V, činil 99,4 %.

Príklad 3

Porovnávací experiment C bol opakovaný, iba s tým rozdielom, že pred kolónu bolo umiestnené kombinované miešacie a usadzovacie zariadenie, ako bolo opísané vyššie v príklade 1, (pozri obr. 3). Doba zdržania v tomto miešacom zariadení činila 5 minút. Doba zdržania v tomto usadzovacom zariadení činila 11 minút Prietokové rýchlosti prívodného prúdu 1 a prúdu 2 boli zvýšené o 25 %. Extrakčný výťažok činil 99,8 %.

Porovnávací príklad D

Benzénová kaproiaktámová zmes obsahujúca 20 % hmotnostných kaprolaktámu bola podrobená spätnej extrakcii pomocou vody v takzvanej „pulznej náplňovej kolóne“ (PPC), ktorej dĺžka činila 8 metrov a priemer 0,10 metrov. Voda bola privádzaná do vrchnej časti tejto kolóny 7' pri prietokovej rýchlosti 50 kilogramov/hodinu (pozri obr. 2). Benzénová kaproiaktámová zmes privádzaná potrubím 2' bola privádzaná do spodnej časti pri prietokovej rýchlosti 103 kilogramov/hodinu. Rýchlosť pulzovania v tejto kolóne činila 0,02 m/s. Odchádzajúca vodná fáza v potrubí 3' obsahovala približne 28 % hmotnostných kaprolaktámu, odchádzajúca benzénová fáza odvádzaná potrubím 4' obsahovala približne 0,05 % hmotnostných kaprolaktámu. Extrakčný výťažok činil 99,0 %.

Príklad 4

Porovnávací experiment D bol opakovaný, iba stým rozdielom, že kombinované miešacie a usadzovacie zariadenie, ktoré bolo opísané vyššie v príklade 1, bolo umiestnené do spodnej časti kolóny. Doba zdržania v tomto miešacom zariadení činila 7 minút. Doba zdržania v tomto usadzovacom zariadení činila 10 minút. Zatiaľ čo rýchlosť pulzovania zostávala nezmenená, prietokové rýchlosti prúdov v potrubí Γ' a 2” boli zvýšené na 60

31292 T kilogramov/hodinu v potrubí V' a 124 kilogramov/hodinu v potrubí 2 Odchádzajúca benzénová fáza obsahovala iba 0,02 % hmotnostného kaprolaktámu. Extrakčný výťažok činil 99,9 %.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob čistenia vodnej kaprolaktámovej zmesi extrakciou kaprolaktámu pomocou organického, s vodou nemiešateľného kaprolaktámového rozpúšťadla, ktorá je uskutočnená v rámci benzénovej j extrakcie a ďalej uvolnením kaprolaktámu z tohto organického rozpúšťadla prostredníctvom vodnej extrakcie za tvorby vodného kaprolaktámového roztoku, ktorá je uskutočnená v rámci spätnej extrakcie, vyznačujúci sa tým, že pred touto benzénovou extrakciou a/alebo touto spätnou extrakciou je uskutočnená prinajmenšom jedna oddelená predextrakcia, pričom pri tejto predextrakcii uskutočňované pred benzénovou extrakciou je použité k extrakcii organické rozpúšťadlo nemiešateľné vodou, zatiaľ čo pri predextrakcii uskutočňovanej pred touto spätnou extrakciou je pri extrakcii použitá voda.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že táto predextrakcia je uskutočnená na koncentrovanej strane alebo stranách benzénovej extrakcie a/alebo spätnej extrakcie.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1 alebo nároku 2 vyznačujúci sa tým, že táto predextrakcia je uskutočnená v kombinovanom miešacom a usadzovacom zariadení.
4. 4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3 vyznačujúci sa tým, že predextrakcia uskutočnená pred benzénovou extrakciou je uskutočnená pri teplote pohybujúcej sa v rozmedzí od 20 °C do 80 °C.
5. 5. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3 vyznačujúci sa tým, že teplota predextrakcie uskutočnenej pred spätnou extrakciou sa pohybuje v rozmedzí od 10 °C do 60 °C.
6. 6. Spôsob uskutočnený tak ako je opísané v opise a bližšie objasnený pomocou príkladov.