Способ выделения -капролактама Советский патент 1979 года по МПК C07D223/02 

Изобретение относится к способу выделения -капролактама, который находит широкое применение в производстве нейлона. Известен способ выделения €-капролактама из реакционной смеси, образующейся в процессе бекмановской перегруппировки циклогексаноноксима, путем нейтрализации водным раствором аммиака или гидроокиси аммония. При этом образуется водный раст вор, содержащий, наряду с целевым продуктом - е-капролактамом, сульфа аммония и серную кислоту. €-Капро лактам экстрагируют органическими растворителями, не смешивающимися с водой, например хлороформом, а остав шийся раствор направляют на переработку с целью разложения содержащихс в нем серной кислоты и сульфата амм ния до двуокиси серы и аммиака, например, путем сжигания в пламени природного газа. Причем двуокись се ры возвращают в процесс производства -капролактама на стадию получения серной кислоты,используемой затем для бекмановской перегруппиро ки. Недостаток известного способа за .лючается в получении при нейтрализа ии больших избытков воды, что услож1няет последующую экстракцию целевого 6 -капролактама, обусловливая использование значительных количеств экстрагента, трудность отделения экстракта, необходимость его последующей длительной осушки. Кроме того, образование сильно разбавленных водных растворов, содержащих сульфат аммония и серную кислоту, приводит к необходимости длительного испарения больших количеств воды и значительного расхода электроэнергии на эту операцию с тем, чтобы получить раствор такой концентрации, которая позволяла бы направлять его на дальнейшее разложение с образованием двуокиси серы. Указанные недостатки усложняют известный способ и ограничивают возможность его применения. , Целью изобретения является упрощение процесса выделения -капролактама.. Цель достигается тем, что водный раствор аммиака или гидроокиси аммония берут в количестве, обеспечивающем- молярное соотношение между сульфатом аммония и смесью сульфата .аммония и серной кислоты, равное о,30-0,65:1, при количестве воды Т-10 моль в расчете на 1 моль трехокиси серы, находящейся в составе серной кислоты, По способу согласно изобретению подлежащую экстракции смесь лактама р серной кислотой перед е© коитак гом с экстрагирующим агентом нейтрализуют и ра9бг..вляют с.начапа так}вди количествами аммиака и води, чтобы молярное соотношение между сульфатом аммония и смесью сульфата аммония и серной КИСЛОТЫ в растворе, подвергаемом экстракции I достигло значения . от 0,30sl до 0,65il и Чтобы,.кроме того, содержание водаз в подлежащем экстракции растворе не превышало 10 моль на каждый моль трёхокиси серы, первоначально присутствовавшей в виде свободной трехокиси серы и трехокиси серы, которая связана в виде серной кислоты. После экстракции лактама остается раствор, включающий сульфат аммония и свободную серную кислоту, в котором концентрация этик соединений сос тавляет приблизительно 50 вес.. :Сул1.фат аммония и серную кислоту можно разложить на 30., о„, N и путем сжиганйя, например, в пла мени природного газа. Для экстракции лактама пригоняют известные для этих целей растворители, такие и .толуол ДЛИ растворов меньшей кислотности, иди как клороформ и другие хлорированные углеводороды напршлер 1,2-дйхлорэтан или 1 ,li,2,2-тeтpaxлop этaн, для растворов еще сильной кислотности. На фиг. 1 и 2 представлены осуществления способа-оогласно изоб ретеншо. Схема нафиг. 1 относится к одноступенчатой экстракционной сис теме, а на фиг. 2 - к двухступенчатой экстракционной системе. В смесительный сосуд 1 (см.схему на фиг.1) по трубопроводу 2 подают смесь, состоящую из -капролактама я серной кислоты, по -урубопроводу 3 воду, а по трубопроводу 4 газообразный с . По трубопроводу 5 в экстракцион-. ную колонну 6 вводят частично нейтрализованный , а противотоком по трубопроводу 1 - экстрагент. По трубопроводу З смесь . -капролактама и экстрагента направляют в колонну 9, где лактам отделяют от экстрагента путем выпаривания и/или промывки водой. По трубопроводу 7 экстрагент снова подают в колонну б. Полученный -капролактам отбирают по трубопроводу 10. Из верхней, части колонны б выводят по трубопроводу 11 растворf состоящий из сульфата аммония и серной кислоты, свободный от -кап рол акт eiMa Схема на фиг. 2 .отличается от схе мы на фиг. 1 тем, что одну экстракционную колонну заменяют двумя экстракциониыют колоннами 6 и 12, между которыми располагают экстракционнонейтрализационный сосуд 13. В сосуде 1 нейтрализацию осуществляют до меньшей степени, например, от половины до двух ТретейС желаемой конечной степени, при помощи аммиака, поступающего по трубопроводу 4. Необходимой степени нейтрализации достигают в сосуде 13 при помощи аммиака, подаваемого по трубопроводу 4-,. В колонне 6происходит неполная. экстракция, так как кислотность оказывается слишком.высокой; экстракцию завершают в колонне 12, которая связана с колонной б трубопроводом , 14, а с сосудом 13. трубопроводом 15 для подачи раствора, подлежащего экстракции. При осуществлении способа по схеме, изображенной на фиг. 2,получают высококонцентрированный (более 60 вес-.%) свободный от лактама раитвор бисульфата аммония, в то время как при реализации способа по -схеме, изображенной на фиг, 1, получают раствор бисульфата аммония концентрации 50 вес о %. Однако дополнительно полученный раствор лактама в экстрагейте имеет слишком низкую концентрацию, а именно примерно 3 вес.ч.лактама на 100 вес ч„ экстрагента, в то время как при осущестилении способа согласно схеме, приведенной на фиг. 1, концентрация, лактама в растворе достигает около 25 вес.%. йр и м е р .1. В сосуд 1 (см. фиг„2) подают смесь, полученную после осуществ юния бекмановской перегруппировки и состоящую из 100 молв лактама .и 150 моль серной кислоты, а затем вводят 516 Моль воды и 75 моль аммиака. Из смесительного сосуда образовавшуюся смесь направляют на экстракцию. Степень нейтрализации раствора при этом 0,25, содержание воды 3,44 моль на 1 моль первоначально йменвдейся серной кислоты, количество -капролактама в растворе 31 вес.%.. Указанный раствор экстрагируют 3050 моль хлороформа, получая при этом раствор, СОСТОЯЩИЙ из 100 моль лактама и 3050 моль хлороформа, т,el %-ный по весу, 100 моль -капролактама выводят по трубопроводу 7, а 3050 моль хлороформа подают по трубопроводу 15 в колонну 12, Раствор, отбираемый из колонны б, состоит из 400 моль лактама, 37,5 моль сульфата аммония 112,5 моль серной кислоты и 516 моль воды. Затем его нейтрализуют 75 моль аммиака в сосуде 13 и подают в колонну 12, где экстрагируют хлороформом. По трубопроводу 8 отбирают сво бодный от -капролактама раствор, состоящий из 75 моль сульфата аммо5ния, 75 моль серной кислоты и 516 м воды, т.е. представляющий собой .65 ный (по весу) раствор сульфата аммо ния. Пример 2оВ сосуд 1 по тру ропроводу 2 подают смесь 100 моль iS -капролактама и 150 моль серной кислоты, полученную в результате 1бекмановской перегруппировки, по трубопроводу 3 - 640 моль воды, а по трубопроводу 4-150 моль аммиак Кроме тоус, в сосуд 1 вводят 536 мо хлороформа, в котором уже растворе 19 моль -капролактама. Из этого сосуда по трубопроводу 5 отбирают гетерогенную смесь, которую разделяют;;, на два слоя. Верхний слой, сос тоящий из 19 моль ,-капролактама, 150 моль бисульфата аммония и 640 моль воды, снова поступает в колонну б, где его экстрагируют в противотоке хлороформом (536 моль) Нижний слой, представляющий собой раствор 100 моль 8 -капролактама в 536 моль хлороформа, т.е. 14,6%ный (по весу) раствор, подают в сепарационную зору, откуда из нижней части отбирают 100 моль G-капролактагла, а из верхней - рециркулируют еще 536 моль хлороформа. Из верхней части колонны 6 выводят сво бодный от -капролактама раствор состоящий из 75 моль сульфата аммония, 75 моль серной кислоты и 640 моль воды, т.е. представляющий ;собой 60%-ный (по весу) раствор бисульфата аммония. 50-60%-ные (по весу) растворы, . полученные по способу согласно изоб ретевию, пригодны для разложения с образованием азота, двуокиси серы ,и воды путем сжигания в пламени :Природного газа, причем полученную .газовую смесь используют в качестве сырья на заводах для изготовления олеума. Пример 3 (сравнительный). Повторяют пример 2 при идентичных условиях, уменьшая подаваемое по трубопроводу 4 количество аммиака, с 150 до 50 моль, что соответствует снижению молярного соотношения межд сульфатом аммония и смесью сульфата аммония и серной кислоты от 0,5 до 0,2, В результате снижения молярного соотношения отводимый по трубопроводу 8 раствор бисульфата аммония содержит примерно 60 моль лактама (60% исходного количества). Такое большое- количество -капролактаМЕ в отводимом растворе непригодно для промышленных целей. С целью уменьшения количества Е -капролактама в отводимом раствор до 0,1% (вместо 60%) от исходного количества,необходимо повысить коли чество воды (подаваемой по трубопро воду 3) с 640 до 1900 моль. Однако 3 в данном случае отводимый по трубопроводу 8 раствор бисульфата аммония содержит намного больше воды, вследствие чего необходимо большее количество энергии для выпаривания ее во время разложения раствора бисульфата аммония. Пример 4 (сравнительный). Повторяют пример 2 при идентичных условиях, повышая подаваемое по трубопроводу 4 количество аммиака со 150 до 210 моль, что соответствует повышению молярного соотношения между сульфатом аммония и смесью сульфата аммония и серной:кислоты от 0,5 до . 0,7. , В результате повышения молярного соотношения выкристаллизовывается твердая соль (двойная соль сульфата аммония и бисульфата, аммония) в сосуде 1, вследствие чего отводимый по трубопроводу 7 жиДкнй -капролактам содержит твердую соль, чКго препятствует дальнейшему ведению процесса. Во избежание указанной кристаллизации необходимо вводить по трубопроводу 3 2900 моль воды вместо 640. Следовательно по сравнению с примером 2 следует использовать больше энергии при разложении раствора бисульфата аммония, так как из-за ;более высокого молярного соотношения необходимо вводить большие кол51чества воды и аммиака (210-150 60 моль). При указанном разложении аммиак не рекуперируется, а превращается в азот и воду. . Формула изобретения Способ выделения -капролактама из реакционной смеси, получаемой в процессе бекмановской перегруппиров ки циклогексаноноксима, путем нейтрализации ВОДНЕ1М раствором аммиака или гидроокиси аммония с последукядей экстракцией целевого продукта из полученного при этом водного раство.ра органическим растворителем, не смешивающимся с водой, отделением водного слоя от органического, высокотемпературным разложением водного раствора, содержащего сульфат аммония и серную кислоту,-и выделением целевого продукта известными приемами, отличающийся тем,что, с целью упрощения и ycOBeputeHствования процесса, водный растёор амь1иака или;гидроокиси аммония берут в количестве9обеспечивающем молярное соотношение между сульфатом .аммония и смесью сульфата аммония и серной кислоты, равное 0,30-0,65 : 1, при количестве воды 1-10 моль в расчете на 1 моль трехокиси серы,нахо.дящейсй в составе серной кислоты.

fui.l