Способ выделения и очистки капролактама из смеси с водой и примесями Советский патент 1993 года по МПК C07D201/16 

Изобретение относится к способам выделения и очистки капролактама и может быть использовано в химической промышленности.

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 наряду с товарным капролактамом образуется ряд концентрированных капро- лактамсодержащих потоков (отходов), сильно загрязненных примесями. Высокая цена капролактама вынуждает рециркулировать эти загрязненные потоки в процессе для 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 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

00

о

ON

CJ О

СО

вышеперечисленных рециркулируемых кап- ролактамсодержащих 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 попаданию части примесей в кап рол актам и к снижению качественных показателей как полупродукта (лактам-во- да), 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 необходимость 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 капролактамсодержа- щих потоков растворами перманганата калия в кислой среде при повышенной температуре. Для этого все загрязненные капро- лактамсодержащие 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 соотношений капролактам: окислитель равном 1000:1+3. При этом происходит эффективная очистка капролактама от примесей, а перманганат калия в кислой среде превращается в водорастворимые сульфаты двухвалентного марганца и калия. Образовавшаяся гомогенная смесь без дополнительной обработки направляется на стадию нейтрализации кислого эфира капролактама 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 экстракция - выпарка - дистилляция).

Принципиальным отличием предлагаемого способа от известного является то, что обработку загрязненных водных растворов капролактама осуществляют в кислой среде

5 при рН 2-5, что позволяет повысить эффективность очистки и дополнительно упростить технологию за счет исключения отделения труднофильтруемой коллоидной двуокиси марганца, образующейся по изве0 стному способу при окислении примесей в щелочной среде,.

Способ выделения и очистки осуществляется следующим образом.

Пример (аналог). 10 кг 27% водного

5 раствора капролактама, полученного смешением рециркулируемых загрязненных капролактамсодержащих потоков в соотношении согласно табл.1 (далее по тексту исходная смесь) смешивают с 36 кг кислого

0 эфира капролактама (состоит из 40% капролактама и 60% серной кислоты). Получен- ную смесь нейтрализуют аммиачной водой до рН 5,5-6,0. После расслоения реакционной смеси водный раствор сульфата аммо5 ния направляют на выпарку, сушку и кристаллизацию; а полученное лактамное . масло в количестве 24 кг экстрагируют вначале 115 кг трихлорэтилена, а затем извлекают капролактам 51 кг воды. Образовавшийся

0 25% водный раствор капролактама в количестве 68 кг после отгонки следов экстраген- та имеет следующие качественные показатели : ПИ-38 Д290-1.5; цветность- 49°Х. Выделенный капролактам после от5 гонки воды и дистилляций в вакууме имеет следующие качественные показатели: ПИ- 9,3; Д290-0.060; цветность-7,0°Х: летучие основания-0,80 ммОль/кг.

П р и м е р 2 (прототип). К 10 кг исходной

0 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

5 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 выделяют как в примере 1. Полученный водный раствор капролактама имеет: ПИ-2 8; Д290-0.8; цветность-33,0°Х; а дистиллированный капролактам имеет: ПИ-5,8; Даэо- 0,047; цветность-3,0; .летучие основания - 0,55 ммоль/кг.

П р и м е р 3, К 10 кг исходной смеси добавляют 0,81 кг 1 % водного раствора пер- манганата калия и концентрированную серную кислоту до рН 5,0. Полученную смесь перемешивают при температуре 20°С в те- 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; Д290-0.5; цветностью- 25°Х и дис- тиллированный капролактам с ПИ-3,0; Д290- 0,026; цветностью-1,0°Х; летучими основаниями - 0,32 ммоль/кг.

П р и м е р 4. 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,81 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 - 14; Д290 - 0,4; цветностью - 23°Х и дистиллированный капролактам с ПИ-2,3; Д290-0.016; цветностью - 0,5°Х; летучими основаниями

- 0,22 ммоль/кг.

П р и м е р 5. 10 кг исходной смеси обрабатывают 0,81 кг 1 % водного раствора перманганата калия в течение 60 мин как в примере 3 при рН 2,0 и температуре 40°С. Получают раствор капролактама с ПИ - 15; Д290 -0.4: цветностью - 24°Х и дистиллированный капролактам с ПИ-2,2; Д290-0,015; цветностью - 0,5°Х; летучими основаниями

- 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. Получают раствор капролактама с ПИ - 12; Д290 - 0,3; цветностью.- 22°Х и дистиллированный капролактам с ПИ - 2,1; Даэо - 0,012; цветностью - 0,5°Х и летучими основаниями - 0,20 ммоль/кг.

П р и м е р 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 - 13; Д290 - 0,4; цветностью 22°Х и дистиллированный капролактам с ПИ-2,2 ;Д290 0,016; цветностью-0,5°Х и летучими основаниями 0,20 ммоль/кг.

Примере. 10 кг исходной смеси 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 - 14; Д290 - 0,3; цветностью - 23°Х и

дистиллированный капролактам с ПИ - 2,2; Д290 - 0,013; цветностью - 0,5°Х и летучими основаниями - 0,23 ммоль/кг.

П р и м е р 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 - 16; Д290 - 0,4; цветностью - 24°Х и дистиллированный капролактам с ПИ - 2,5; Д290 - 0,019; цветностью - 0,5°Х и летучими основаниями

- 0,24 ммоль/кг.

П р и м е р 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 - 24; Д290- 0,6; цветностью - 27°Х и дистиллированный капролактам с ПИ - 5,1; Д290 - 0,043; цветностью - 4,0°Х и летучими основаниями - 0,60 ммоль/кг.

П р и м е р 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 - 30; Д290 - 1,0; цветностью - 36°Х и дистиллированный капролактам с ПИ -6.5; ,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 капролак- тамсодержащих потоков, отличающий- с я тем, что, с целью улучшения качества

товарного капролактама и упрощения технологической схемы стадии очистки, в отра- ботанные рециркулируемые потоки добавляют серную кислоту до рН смеси 2-5 и обрабатывают ее водным раствором перманганата калия при температуре 20-70°С в течение 30-60 мин при массовом отношении капролактам : перманганат калия, равном 1000:(1.-(-3), затем отделяют капролактам от воды перегонкой,

Т а б л и ц а 1

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 рециркулируе- мые 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.

Абсолютные погрешности показателей качества согласно ГОСТ 23743.1. 23743.3. 23743.7 и 23743.8 равны: для ПИ - 0.6: Д290 - 0.003: цветность - 0.5 °Х. летучие основания 0.05 ммоль/кг при р-0,95.

Таблица2