CS219048B1

CS219048B1 - Process for crystallizing 6-caprolactam from organic solvents

Info

Publication number: CS219048B1
Application number: CS472481A
Authority: CS
Inventors: Jan Sladky
Original assignee: Jan Sladky
Priority date: 1981-06-23
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Vynález se týká oboru výroby 6-kaprolaktamu a řeší problém krystalizace 6-kaprolaktamu z organických rozpouštědel v části odstraňování přebytečných krystalizačních jader z matečného roztoku. Podstatou vynálezu je způsob krystalizace 6-kaprol.aktamu z organických rozpouštědel v nepřetržitém procesu za současného působení čpavku, v němž ve dvou na sebe navazujících prostorách je v části sycení a absorpce čpavku do nasyceného roztoku nebo směsi krystalu 6-kaprolaktamu v organickém rozpouštědle uváděn a rozpouštěn čpavek, přičemž uvolněné rozpouštěcí teplo se využívá v rozpouštění přebytečných krystalových jader, načež v části expanze a odpařování je za současného snížení tlaku a teploty uvolňován a oddestilován spolu s organickým rozpouštědlemThe invention relates to the field of 6-caprolactam production and solves the problem of crystallization of 6-caprolactam from organic solvents in the part of removing excess crystallization nuclei from the mother liquor. The essence of the invention is a method of crystallization of 6-caprolactam from organic solvents in a continuous process with the simultaneous action of ammonia, in which ammonia is introduced and dissolved in two adjacent spaces in the part of saturation and absorption of ammonia into a saturated solution or mixture of 6-caprolactam crystals in an organic solvent, while the released heat of dissolution is used in the dissolution of excess crystal nuclei, after which it is released and distilled off together with the organic solvent in the part of expansion and evaporation while simultaneously reducing the pressure and temperature

Description

Vynález se týká oboru výroby 6-kaprolaktamu a řeší problém krystalizace 6-kaprolaktamu z organických rozpouštědel v části odstraňování přebytečných krystalizačních jader z matečného roztoku.The invention relates to the field of the production of 6-caprolactam and solves the problem of crystallization of 6-caprolactam from organic solvents in the removal of excess crystallization cores from the mother liquor.

Podstatou vynálezu je způsob krystalizace 6-kaprol.aktamu z organických rozpouštědel v nepřetržitém procesu za současného působení čpavku, v němž ve dvou na sebe navazujících prostorách je v části sycení a absorpce čpavku do nasyceného roztoku nebo směsi krystalu 6-kaprolaktamu v organickém rozpouštědle uváděn a rozpouštěn čpavek, přičemž uvolněné rozpouštěcí teplo se využívá v rozpouštění přebytečných krystalových jader, načež v části expanze a odpařování je za současného snížení tlaku a teploty uvolňován a oddestilován spolu s organickým rozpouštědlem.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a process for the crystallization of 6-caprolactam from organic solvents in a continuous process under simultaneous treatment with ammonia, wherein in two successive compartments the saturation and absorption of ammonia into a saturated solution or mixture of 6-caprolactam crystal in an organic solvent dissolving the ammonia, the released dissolving heat being used to dissolve the excess crystal nuclei, and then, in part of the expansion and evaporation, is released and distilled off together with the organic solvent while reducing pressure and temperature.

Předmětem vynálezu je způsob krystalizace 6-kaprolaktamu z organických rozpouštědel s rozpouštěním přebytečných krystalových jader působením čpavku v nepřetržitém procesu, v němž ve dvou na sebe navazujících prostorách je v části sycení a absorpce čpavku do nasyceného roztoku nebo směsi krystalů 6-kaprolaktamu v organickém rozpouštědle uváděn a rozpouštěn čpavek, načež v části expanze a odpařování je za snížení tlaku a teploty uvolňován- a oddestilován spolu s organickým rozpouštědlem.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a process for the crystallization of 6-caprolactam from organic solvents with the dissolution of excess crystal nuclei by ammonia in a continuous process, wherein in two successive compartments and dissolving the ammonia, whereupon in the expansion and evaporation portion it is released and distilled together with the organic solvent under reduced pressure and temperature.

Krystalizace 6-kaprolaktamu z organických rozpouštědel za současného působení a expanze čpavku byla popsána například v čs. AO 161 608 nebo v ΑΌ 161611. Je taktéž znám postup působení a expanze čpavku v nasycených roztocích 6-kaprolaktamu za současného oddestilování části rozpouštědla při teplotě varu směsi, ať již ve vlastním prostoru krystalizace, nebo ve v-nějším okruhu krystalizátoru za účelem zajištění dostatečného přesycení cirkulujícího matečného roztoku. Otázka regulace množství krystalizačních jader v pracovní směsi během nepřetržitého procesu nebyla však dosud dostatečně vyřešena, přičemž tvar a velikost krystalů má zásadní vliv na čisticí účinnost postupu krystalizace 6-kaprolaktamu, zvláště když se jedná o separaci nečistot u krystalu s obsahem příměsí řádově 10“⁴ % hmotnostních.Crystallization of 6-caprolactam from organic solvents with simultaneous action and expansion of ammonia has been described, for example, in U.S. Pat. AO 161 608 or in ΑΌ 161611. It is also known to treat and expand ammonia in saturated solutions of 6-caprolactam while distilling off some of the solvent at the boiling point of the mixture, either in the crystallization space itself or in the external crystallizer circuit to ensure sufficient supersaturation of circulating mother liquor. Query control amount nucleation working mixture in a continuous process but has not yet been sufficiently solved, and the shape and size of the crystals have a major impact on the cleaning performance of the method for crystallization of 6-caprolactam, especially when it comes to the separation of impurities in the crystal-containing impurities of the order of 10 ^"4 % by weight.

Jsou sice známy postupy mechanického oddělování, nebo rozpouštění přebytečných krystalizačních jader vnějším ohřevem, tento zásah však vždy znamená značnou komplikaci postupu i zařízení a je velmi obtížné ho zvládnout s dostatečnou účinností.Although methods of mechanical separation or dissolution of excess crystallization cores by external heating are known, this intervention always involves a considerable complication of the process and apparatus and is very difficult to handle with sufficient efficiency.

Nyní bylo nalezeno, že problém odstraňování přebytečných krystalizačních jader v nepřetržitém procesu lze řešit podle vynálezu využitím rozpouštěcího tepla čpavku v pracovním roztoku krystalizace oddělením prostoru sycení -a absorpce čpavku od prostoru expanze a oddestilovávání rozpouštědla.It has now been found that the problem of removing excess crystallization cores in a continuous process can be solved according to the invention by utilizing the dissolution heat of ammonia in the crystallization working solution by separating the saturation and absorption space from ammonia expansion and solvent distillation.

Způsobem podle vynálezu, do nasyceného roztoku 6-kaprolaktamu v organickém rozpouštědle jako benzen, toluen nebo trichlóretylén s případným obsahem krystalů 6-kaprolaktamu se v prostoru absorpce nepřetržitě uvádí a absorbuje čpavek, načež z navazujícího prostoru expanze a zahušťování roztoku je směs par čpavku a rozpouštědla odváděna k absorpci do vody a kondenzaci.According to the process of the invention, a saturated solution of 6-caprolactam in an organic solvent such as benzene, toluene or trichlorethylene with an optional 6-caprolactam crystal content is continuously introduced and absorbed in the absorption area and ammonia is absorbed. drained for absorption into water and condensation.

Návaznost obou prostorů je funkčně nutno volit .tak, aby bylo omezeno vzájemné promíchávání jejich obsahů a zajištěn mezi nimi tlakový a teplotní spád. V prostoru absorpce čpavku se rozpouštěcím teplem čpavku ohřeje pracovní roztok o* 2 až 10 °C, což současně s vlivem zvýšení rozpustnosti 6-kaprolaktamu v přítomnosti čpavku umožňuje plynulé rozpouštění krystalizačních jader v cirkulovaném matečném roztoku, za optimálních podmínek v krátkém časovém intervalu 5 až 10 minut. Na dobu potřebnou k rozpuštění krystalizačních jader má vliv pracovní tlak, který se může pohybovat v širokém rozmezí 20 až 800 kPa a množství absorbovaného čpavku běžně v mezích 0,1 až 50 % vztaženo na 6-kaprolaktam přiváděný ke krystalizaci. Z prostoru absorpce čpavku je pracovní roztok veden do prostoru expanze a oddestilování rozpouštědla za současného poklesu tlaku a poklesu teploty roztoku, zajišťovaného odpařováním čpavku a rozpouštědla. Aby bylo dosaženo účinnosti postupu, je nutno pracovní tlaky v části expanze a odpařování snížit na hodnoty pod 100 kPa za účelem vytvoření podmínek dostatečného odvodu tepla v části expanze odpařováním, jakož i snížení koncentrace čpavku v roztoku pro jeho recirkulaci, přičemž rozdíl tlaku mezi oběma prostory Je výhodné udržovat na hodnotě vyšší než 20 k^lPa.The continuity of the two spaces must be functionally selected so as to limit the mixing of their contents and to ensure a pressure and temperature gradient between them. In the ammonia absorption area, the dissolving heat of the ammonia heats the working solution by 2 to 10 ° C, which, together with the increase in the solubility of 6-caprolactam in the presence of ammonia, allows the crystallization cores to dissolve continuously in the circulating mother liquor. 10 minutes. The time required to dissolve the crystallization cores is influenced by the working pressure, which can be in the wide range of 20 to 800 kPa and the amount of ammonia absorbed normally within the range of 0.1 to 50% based on the 6-caprolactam fed to the crystallization. From the ammonia uptake area, the working solution is led to the solvent expansion and distillation area while simultaneously reducing the pressure and temperature drop of the solution provided by the ammonia and solvent evaporation. In order to achieve the efficiency of the process, the working pressures in the expansion and evaporation part must be reduced to values below 100 kPa in order to create sufficient heat dissipation conditions in the evaporation part as well as reducing the ammonia concentration in the recirculating solution, It is preferred to maintain a value greater than 20 to ¹ Pa.

Zvýšení odvodu tepla ze směsi lze v této fázi postupu dosáhnout současně oddestilováním části rozpouštědla varem známým postupem.Increased heat dissipation from the mixture can be achieved at this stage of the process by simultaneously distilling off a portion of the solvent by boiling in a known manner.

Při požadavku rozpuštění krystalizačních jader v celém množství cirkulovaného matečného roztoku lze pak prostor expanze a oddestilování rozpouštědla spojit funkčně s prostorem tvorby a růstu krystalů. Z hlediska ovládání postupu krystalizace se však jeví výhodnější oddělený okruh rozpouštění krystalizačních jader a příprava přesyceného roztoku 6-kaprolaktamu v organickém rozpouštědle, který je pak následně uváděn do prostoru tvorby a růstu krystalů.If the crystallization cores are required to dissolve in the entire amount of circulating mother liquor, the solvent expansion and distillation space can then be operatively linked to the crystal formation and growth space. From the point of view of controlling the crystallization process, however, a separate circuit for dissolving the crystallization nuclei and preparing a supersaturated solution of 6-caprolactam in an organic solvent seems to be preferable, which is then introduced into the crystal formation and growth area.

Postupu nemůže být na závadu, když čpavek je dávkován v přebytku a jeho část jako nosný plyn prochází prostorem absorpce i expanze a zajišťuje jenom příslušnou míru odpaření rozpouštědla.The process cannot be impeded when the ammonia is dosed in excess and part of it as a carrier gas passes through the space of absorption and expansion and provides only the appropriate rate of solvent evaporation.

Výhody postupu podle vynálezu spočívají v technologickém využití již přiváděného čpavku a využití zařízení, takže do procesu nevstupuje nová komponenta a není nutno stavět přídavné zařízení. Hlavní výhodou však je, žé bez nároku na energie lze dosáhnout úplného odstranění přebytečných krystalizačních jader nezávisle na velikosti cirkulace pracovního roztoku, který běžně dosahuje až stonásobku produkce krystalů a navíc rozpouštěcí teplo čpavku po uvolnění tlaku a po expanzi čpavku se získá opět jako výparné teplo a využije k chlazení pracovního roztoku, přičemž postup je účinný v širokém rozmezí teplot od —20 do 60 °C. Výsledkem účinnosti postupu pak je možnost dosažení pravidelného a kontrolovatelného růstu krystalů požadované velikosti i při relativně vysokých výkonech zařízení nepřetržitého procesu.The advantages of the process according to the invention are the technological utilization of the already supplied ammonia and the utilization of the device, so that a new component does not enter the process and it is not necessary to build an additional device. The main advantage, however, is that without the need for energy, complete removal of excess crystallization cores can be achieved regardless of the circulating amount of the working solution, which normally reaches up to 100 times the crystal production and moreover the dissolution heat of ammonia after pressure release and is used to cool the working solution, the process being effective over a wide temperature range from -20 to 60 ° C. The efficiency of the process results in the possibility of achieving regular and controllable crystal growth of the required size even at relatively high outputs of the continuous process equipment.

PřikladlHe did

Do cirkulujícího matečného roztoku krystalizace 6-kaprolaktamu v triehloretylénu s obsahem unášených krystalizačních jader byl v části sycení a absorpce uváděn čpavek za pracovního tlaku 200 kPa a 20 ^CC v množství 1,2 % hmotnostního. Po nasycení roztoku čpavkem a stoupnutí teploty na 26 °C v časové prodlevě 10 minut, byl roztok bez obsahu krystalizačních jader uveden do části expanze a odpařování, kde za tlaku 6 kPa a teplotě 18 °C byl čpavek spolu s částí rozpouštědla oddestilován. Po převedení roztoku do prostoru krystalizace byl získán krystalický produkt, jehož podíl krystalů větších než 1 mm činil 96 % hmotnostních. Na jinak stejném zařízení bez rozdělení části absorpce a expanze čpavku byl podíl krys-The circulating mother liquor of 6-caprolactam in triethylethylene containing entrained crystallization cores was fed with ammonia at a working pressure of 200 kPa and 20 ^° C in an amount of 1.2% by weight in the saturation and absorption part. After saturating the solution with ammonia and raising the temperature to 26 ° C for a time period of 10 minutes, the solution without crystallization cores was introduced into the expansion and evaporation section, where at 6 kPa and 18 ° C, the ammonia and part of the solvent were distilled off. Upon transfer of the solution to the crystallization space, a crystalline product was obtained with a proportion of crystals larger than 1 mm of 96% by weight. In an otherwise identical apparatus without separating part of the absorption and expansion of ammonia, the proportion of

Claims

Process for the crystallization of 6-caprolactam from organic solvents such as benzene, toluene or trichlorethylene with the dissolution of excess crystal nuclei in a continuous process in the temperature range of -20 to 60 ° C with concomitant treatment of ammonia in an amount of 0.1 to 50% by weight crystallization and in a pressure range of 100 Pa to 800 kPa, characterized in that in two adjacent spaces, in the part of saturation and absorption, less than 40% by weight in a saturated solution of talc above 1 mm is present.

Example 2

Using the procedure of Example 1, except that the expansion and evaporation space was simultaneously used to form and grow crystals, a crystalline product was obtained having a crystal fraction greater than 1 mm of 82% by weight, while under otherwise identical conditions without separating part of the absorption and expansion The ammonia fraction above 1 mm was less than 20% by weight.

6-caprolactam in an organic solvent or a mixture of 6-caprolactam and organic solvent crystals is introduced and dissolved in ammonia, the dissolving heat released is used to dissolve the crystal nuclei contained in the solution, then transferring the solution to the expansion and evaporating it The ammonia pressure is released and drained together with the organic solvent vapors.