Способ выделения и очистки капролактама из смеси с водой и примесями

 

Использование: химическая технология, азотсодержащие соединения, лактамы, компонент удобрений. Сущность изобретения: кислый эфир капррлактама нейтрализуют аммиаком, разделяют реакционную смесь на лактамное масло и раствор сульфата аммония, проводят двойную экстракцию и дистилляцию. Загрязненные капролактамсодержащие потоки, образующиеся при выпарке и дистилляции капролактама, рециркулируют. При этом в рециркулируемые водные капролактамсодержащие потоки добавляют минеральную кислоту до рН смеси 2-5 и смесь обрабатывают водным раствором перманганата калия при температуре 20-70°С в течение 30-60 мин при массовом соотношении капролактам - окислитель , равном 1000:(1-3). Полученный водный раствор капролактама перегоняют в вакууме. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (! !) (s!)s С 07 0 201

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4914879/04 (22) 09.01.91 (46) 30,03,93. Бюл. ¹ 12 (71) Гродненское и роизводственное обьединение "Азот" им, С,О,Притыцкого (72) В,Н.Áóðäü, 3.Г,Иоселиани, В,В.Лащевский, В.И,Минкевич и Л.M.Ïóçíÿíñêèé (73) Гродненское ПО "Азот" им.С.О.Притыцкого (56) Производство капролактама/под ред,В.И.Овчинникова, M,: Химия, 1977 г, с.167.

Авторское свидетельство СССР ¹

262729, М кл. С 07 0 201/16, опубл. 1970 г, (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ

КАПРОЛАКТАМА ИЗ СМЕСИ С ВОДОЙ И

ПРИМЕСЯМИ (57) Использование: химическая технология, азотсодержащие соединения, лактамы, комИзобретение относится к способам выделения и очистки капролактама и может быть использовано в химической промышлен ности.

Известен способ очистки капролактама, полученного нейтрализацией кислого эфира капролактама аммиачной водой, путем разделения реакционной смеси на лактамное масло и раствор сульфата аммония, очисткой лактамного масла двойной экстракцией (на первой стадии — органическим растворителем, на второй стадии — водой) с последующим выделением готового капролактама упаркой и дистилляцией (ректификацией), При этом нарядус товарным капролактамом образуется ряд концентрированных капролактамсодержащих потоков (отходов). сильпонент удобрений. Сущность изобретения: кислый эфир капролактама нейтрализуют аммиаком, разделяют реакционную смесь на лактамное масло и раствор сульфата аммония, проводят двойную экстракцию и дистилляцию. Загрязненные капролактамсодержащие потоки, образующиеся при выпарке и дистилляции капролактама, рециркулируют. При этом в рециркулируемые водные капролактамсодержащие потоки добавляют минеральную кислоту до рН смеси 2-5 и смесь обрабатывают водным раствором перманганата калия при температуре 20-70 С в течение 30-60 мин при массовом соотношении кап ролактам — окислитель, равном 1000:(1-3), Полученный вод- Я ный раствор капролактама перегоняют в вакууме. 2 табл. но загрязненных примесями. Высокая цена 00 капролактама вынуждает рециркулировать С) эти загрязненные потоки в процессе для 01 извлечения мономера. Естественно, что при этом в цикл возвращаются и примеси, содержащиеся в потоках, что отрицательно сказывается на качестве полупродуктов и товарного капролактама, К числу указанных капролактамсодержащих потоков относятся: водные растворы капролактама после (,Д микропромывок стадии экстракции капролактама и регенерации экстрагентов, головная стадия выпарки и дистилляции (ректификации) капролактама, кубовые продукты стадии дистилляции (ректификации) капролактама. В табл.1 приведены качественные и количественные характеристики

1806136 вышеперечисленных рециркулируемых капролактамсодержащих потоков, образующихся на производстве капролактама мощностью 50 тыс. тонн в год.

Из приведенных в табл.1 данных видно, что количество возвращаемых в цикл отходов составляет около 20 от объема выпуска товарного мономера, что приводит к неизбежному пойаданию части примесей в капролактам и к снижению качественных показателей как полупродукта (лактам-вода), так и конечного продукта — капролактама.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ очистки капролактама. По этому способу водные растворы капролактама обрабатывают раствором перманганата калия в щелочной среде при рН 9-10 и комнатной температуре в течение

4 ч, В этих условиях происходит частичное окисление примесей до соединений, удаляемых на последующих технологических стадиях производства капролактама, а перманганат калия восстанавливается до коллоидной двуокиси марганца.

Недостатком данного способа является недостаточная эффективность очистки как промежуточного продукта (лактам-вода), так и товарного капролактама, а также необхо димость использования громоздкого и дорогостоящего оборудования (фильтров; центрифуг) для удаления из системы образующегося коллоидного раствора двуокиси марганца.

Предлагаемый способ лишен указанных недостатков.

Цель изобретения — разработка способа, обеспечивающего более эффективную очистку капролактама и упрощение аппаратурного оформления. стадии очистки.

Поставленная цель достигается обработкой загрязненных капролактамсодержащих потоков растворами перманганата калия в кислой среде при повышенной температуре. Для этого все загрязненные капролактамсодержащие отходы объединяются в один поток, который в реакторе подкисляется серной кислотой до рН 2-5. Полученную смесь затем обрабатывают водным раствором перманганата калия при температуре

20-70 С в течение 30-60 мин. При массовом соотношейии капролактам; окислитель„ равном 1000:1 3. При этом происходит эффективная очистка капролактама от примесей, а перманганат калия в кислой среде превращается в водора творимые сульфаты двухвалентного марганца и калия. Образовавшаяся гомогенная смесь без дополнительной обработки направляется на стадию нейтрализации кислого эфира капролактата имеет следующие качествен н ые показатели: ПИ-38 Д29о-1,5; цветность49 Х. Выделенный капролактам после от45 гонки воды и дистилляций в вакууме имеет следующие качественные показатели: ПИ9,3; Д29о-0,060; цветность-7,0 Х; летучие основания -0,80 ммол ь/кг.

Пример 2(прототип). К 10 кг исходной

50 смеси добавляют 0,81 кг 1 водного раствора перманганата калия и перемешивают в реакторе при температуре 20 С в течение

240 мин. После отделения образовавшейся коллоидной двуокиси марганца методом

1 фильтрации очищенный раствор капролактама смешивают с 36 кг кислого эфира капролактама и полученную смесь направляют на нейтрализацию аммиачной водой до рН

5,5-6,0: Сульфат аммония и капролактам Bblделяют как в примере 1. Полученный водма аммиачной водой, где происходит нейтрализация избыточной серной кислоты с образованием сульфата аммония. На этой стадии очищенный лактам переходит в лактамное масло, а сульфаты марганца и калия удаляются вместе с сульфатом аммония, обогащая его полезными микроэлементами, Далее лактамное масло перерабатывается по общепринятой технологии (двойная экс10 тракция — выпарка — дистилляция).

Принципиальным отличием предлагаемого способа от известного является то, что обработку загрязненных водных растворов капролактама осуществляют в кислой среде при рН 2-5, что позволяет повысить эффективность очистки и дополнительно упростить технологию эа счет исключения отделения труднофильтруемой коллоидной двуокиси марганца, образующейся по изве20 стному способу при окислении и римесей в щелочной среде.

Способ выделения и очистки осуществляется следующим образом.

Пример 1 (аналог). 10 кг 27 водного

25 раствора капролактама, полученного смешением рециркулируемых загрязненных капролактамсодержащих потоков в соотношении согласно табл.1 (далее по тексту исходная смесь) смешивают с 36 кг кислого эфира капролактама (состоит из 40 капролактама и 60% серной кислоты), Полученную смесь нейтрализуют аммиачной водой до рН 5,5-6,0. После расслоения реакционной смеси водный раствор сульфата аммо35 ния направляют на выпарку, сушку и кристаллизацию; а полученное лактамное, масло в количестве 24 кг экстрагируют вна-. чале 115 кг трихлорэтилена, а затем извлекают капролактам 51 кг воды, Образовавшийся

40 25 водный раствор капролактама в количестве 68 кг после отгонки следов экстраген1806136 ный раствор капролактама имеет; ПИ-28;

Дгдо-0,8; цветность-33,0 Х; а дистиллированный капролактам имеет: ПИ-5.8; Д до0,047; цветность-3 0; летучие основания0,55 ммоль/кг, 5

Пример 3. К 10 кг исходной смеси добавляют 0,81 кг 1% водного раствора перманганата калия и концентрированную серную кислоту до рН 5,0. Полученную смесь перемешивают при температуре 20 С в те- 10 чение 90 мин, Образовавшуюся гомогенную смесь вместе с 36 кг кислого эфира капролактама далее обрабатывают как в примере

2. Получают водный раствор капролактама с ПИ-20; Дгдо-0,5; цветностью- 25 Х и дис- 15 тиллированный капролактам с ПИ-3,0; Дгдо0,026; цветностью-1,0 Х; летучими основаниями — 0,32 ммоль/кг.

Пример 4. 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,81 кг 1% водного раствора 20 перманганата калия в течение 30 мин как в примере 3 при рН 2,0 и температуре 70 С.

Получают раствор капролактама с ПИ вЂ” 14, Дгдо — 0,4; цветностью — 23 Х и дистиллированный капролактам с ПИ вЂ” 2,3; Дждо-0,016; 25 цветностью — 0,5 Х; летучими основаниями — 0,22 ммоль/кг.

Пример 5. 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,81 кг1% водного раствора перманганата калия в течение 60 мин как в 30 примере 3 при рН 2,0 и температуре 40 С.

Получают раствор капролактама с ПИ вЂ” 15;

Дгдо — 0,4; цветностью — 24 Х и дистиллированный капролактам с ПИ вЂ” 2,2; Джо — 0,015; цветностью — 0 5 Х; летучими основаниями 35 — 0,21 ммоль/кг, П р и.м е р 6. 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,81 кг 1% водного раствора перманганата калия в течение 90 мин как в примере 3 при рН 1,0 и температуре 80 С. 40

Получают раствор капролактама с ПИ вЂ” 12;

Дгдо — 0,3; цветностью — 22 Х и дистиллированный капролактам с ПИ вЂ” 2,1; Джо-0,012; цветностью — 0,5 Х и летучими основаниями — 0,20 ммоль/кг. 45

Пример 7. 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,81 кг 1% водного раствора перманганата калия в течение 60 мин как в примере 3 при рН 5 0 и температуре 70 С.

Получают раствор капролактама с ПИ вЂ” 13; 50

Дыо — 0,4; цветностью 22 Х и дистиллированный капролактам с ПИ вЂ” 2,2; Дщо-0,016; цветностью-0,5 Х и летучими основаниями

0,20 ммоль/кг, П. р и м е р 8. 10 кг исходной смеси 55 обрабатывают 1,08 кг 1% водного раствора перманганата калия в течение 30 мин как в примере 3 при рН 5,0 и температуре 50 С, Получают водный раствор капролактама с

ПИ вЂ” 14; Дгдо — 0,3; цветностью — 23 Х и дистиллированный капролактам с ПИ вЂ” 2,2, Pago — 0,013; цветностью — 0,5 Х и летучими основаниями — 0,23 ммоль/кг.

Пример 9. 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,27 кг 1% водного раствора перманганата калия в течение 30 мин как в примере 3 при рН 2,0 и температуре 70 С, Получают раствор капролактама с ПИ вЂ” 16; .Phago — 0.4; цветностью — 24 Х и дистиллированный капролактам с ПИ вЂ” 2,5; Дгдо — 0,019; цветностью — 0,5 Х и летучими основаниями — 0,24 ммоль/кг.

Пример 10. 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,81 кг 1% водного раствора перманганата калия в течение 15 мин как в примере 3 при рН 4,0 и температуре 40 С.

Получают водный раствор капролактама с

ПИ вЂ” 24; Д2до — 0,6; цветностью — 27 Х и дистиллированный капролактам с ПИ вЂ” 5,1;

Дгдо — 0,043; цветностью — 4,0 Х и летучими основаниями — 0,60 ммоль/кг, Пример 11, 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,40 кг 1% водного раствора перманганата калия в течение 60 мин как в примере 3 при рН 5,0 и температуре 50 С.

Получают раствор капролактама с ПИ вЂ” 30;

Дюо — 1,0; цветностью — 36 Х и дистиллированный капролактам с ПИ вЂ” 6,5; Дгдо — 0,058; цветностью — 5,2 Х и летучими основаниями — 0,65 ммоль/кг, Из приведенных примеров (табл,2) следует, что оптимальными условиями, обеспечивающими высокоэффективную очистку, являются: массовое соотношение капролактама и окислителя, равное 1000:1=3, рН смеси 2-5, температура 20-70 С и время окисления 30-60 мин. Уменьшение расхода окислителя, температуры и времени обработки приводит к снижению эффективности очистки. Дальнейшее увеличение расхода окислителя и серной кислоты (снижение рН) практически не сказывается на эффективности процесса, а увеличение температуры и времени обработки приводит к усложнению и укрупнению применяемого технологического оборудования, Увеличение же рН смеси более 5,0 приводит к образованию нежелательного коллоидного осадка двуокиси марганца.

Формула изобретения

Способ выделения и очистки капролактама из смеси с водой и примесями путем нейтрализации кислого эфира капролактама аммиаком, разделением реакционной смеси на лактамное масло и раствор сульфата аммония, очисткой и выделением капролактама двойной экстракцией и дистилляцией, рециркуляцией отделяемых водных капролактамсодержащих потоков, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения качества

1806136 товарного капролактама и упрощения технологической схемы стадии очистки, в отработанные рециркулируемые потоки добавляют серную кислоту до рН смеси 2-5 и обрабатывают ее водным раствором перТаблица1

Наименование рециркулируемого лактамсодержащего потока

Показатели качества

Количество потока, т/год

Содержание лактама, мас. %

Общее количество капролактама, т/год

Перманганат индекс, ПИ

Цветность, Х

Оптическая плотн, Дг9о

5600

100

1,0

100

5600

150

2,0

5600

1680

150

2,0

3200

800

0,2

2200

2200

Итого:

36400

10280

Таблица2

Покаэатели качества

Пример

Условия очистки

8о ный - кап олактама истилли оеанный кап олактам

8ремя обработки. мин ра C

Цветность. Х

ПИ

Летучие основания, ммоль/кг

Цветность, Х

ПИ

О,8О . О 55

0.32

0,22

0.21

0.20

0.20

0.23

0.24

0,60

0.65

9,3

5.8 3.0

2.3

2.2

2.1

2.2

2.2

2.5

5.1

6.5

7.0 з.о

1.0

0,5

0.5

0,5

0.5

0.5

0.5

4.0

5.2

1.5 .0.8

0.5

0.4

0.4

0.3

0.4

0.3

0.4

0.6

1.0

49 зз

23

24

22

22 Ф

23

24

27

0,060

0.047

0.026

ОЙ!6

0.015

0.012

0.016

0.013

0.019

0,043

0,058

38

28

14

1Z

13

14

16

24

1

3

5

7

9

Абсолютные погрешности покаэателей качества согласно ГОСТ 23743.1. 23743.3. 23743.7 и 23743,8 равны; для ПИ - 0,6; Лтдв - 0,003; цветность - 0.5 Х, летучие основания - 0.05 ммоль/кг при р 0,95.

Редактор

Заказ 963 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-изда!епьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Кубовый продукт стадии дистилляции

Водный раствор капролактама после микропромывки стадии регенерации экстрагента

Водный раствор капролактама после микропромывки стадии регенерации экстрагента

Головная фракция системьр выпарки и дисцилляции капролактама манганата калия при температуре 20-70 С в течение 30-60 мин при массовом отношейии капролактам: перманганат калия, равном

1000:(1. -3), затем отделяют капролактам от

5 воды перегонкой, Составитель И.Колесниченко

Техред М.Моргентал Корректор М.Андрушенко