JP2000514352A - 静電凝集 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 カプロラクタム製造プロセスからの連続した有機相および水性分散相を有する分散体を分離する方法において、静電凝集を少なくとも500ボルト／cmの電場および少なくとも5Hzの周波数で該分散体に適用し、それにより、分離した水性相の形成を誘発する方法。

Description

【発明の詳細な説明】 静電凝集発明の背景 本発明は、カプロラクタム製造プロセスからの連続有機相および水性分散相を 有する分散体を分離する方法に関する。従来の技術 カプロラクタム製造プロセスにおいて、カプロラクタムは、シクロヘキサンオ キシムから硫酸または発煙硫酸の存在下でのベックマン転位後に製造される。転 位混合物は次いでアンモニアで中和され、それによって硫酸アンモニウムが生成 する。その後、カプロラクタムが水から有機溶媒(例えばベンゼン)を用いて抽出 される。その結果得られる有機相には水性分散相も存在する。この水性相はカプ ロラクタムの他に硫酸アンモニウムも含む。硫酸アンモニウムの存在は、カプロ ラクタムのその後の処理および精製において不利である。従って、水性分散相を できるだけ多く除去することが強く望まれる。 分散体の分離を必要とするプロセスは多くある。 二つの相の密度が十分に異なる分散体を分離するためには沈降タンクを使用す ることができる。より大きい密度の相がより小さい密度の相の下に沈み、十分な 時間が与えられると、二つの相は十分分離して抜き出されることができる。しか し、かかる方法 は、非常に大きいタンクの使用を必要とし、それは対応して大きな空間を占める 。さらに、この分離操作は比較的長いカプロラクタム製造プロセスの最も遅い工 程であり、従って、プロセス全体の処理量を決定する。 また、例えば、ドイツ特許出願1,031,308に記載されているように、分散相を 除去するために凝集器または洗浄処理を使用することもできる。カプロラクタム 製造プロセスでの苛性アルカリ洗浄物質の添加は、カプロラクタムの品質に不利 である。 米国特許第3,528,907号は、炭化水素（例えば原油）に分散した水の該油から の分離が電場の使用により可能であることを記載している。しかし、この特許は 、適用される電場の電圧が1000ボルト／インチ、すなわち400ボルト／cmを確実 に超えてはならないことも開示している。なぜならば、超えると電極間に短絡を 生じるからである。この方法の欠点は、特に、合計した液相全体の高々ほんの約 ５重量％の水性相を含む分散体は、有機相から容易に分離され得ないということ である。 欧州特許出願No.51463は、静電凝集による液体エマルジョンの沈降を記載して いる。しかし、この方法は、高容量（例えば50％）の導電性液体(水性相)の存在 を必要とする。特に、絶縁された電極を必要とする。さもなければ短絡が生じる からである。 ドイツ特許出願No.3,709,456および欧州特許出願438790は共に、水性相が連続 相である液膜系の分離を記載している。 一般に、分散体は連続した粒径分布を示す。分散体は、第一および第二の分散 体に細分類することができる。第一分散体の場合、分散相を形成する粒子の平均 粒径は＞0.1mmである。多くの場合、これらの分散体は、沈降タンクを使用する ことにより重量分析的に容易に分離することができる。しかし、第二の分散体の 場合、分散相を形成する粒子の平均粒径はほんの＜＜0.1mmである。この後者の 分散体の沈降タンクによる分離は、工業用途には許容できないほど長い時間を要 する。従って、この分離時間を短くするために、本発明に係る静電凝集を使用す ることが可能でありかつ有利である。本発明の一般的説明 本発明は、その第一の目的として、カプロラクタム製造プロセスからの分散体 、特に高々ほんの約５重量％の水性相を含む分散体が非常に効率的に分離され得 る方法を提供する。 この目的は、少なくとも500ボルト／cmの電場および少なくとも5Hzの周波数で 静電凝集を適用することより達成される。また、少なくとも1000ボルト／cm、好 ましくは少なくとも3000ボルト／cm、より好ましくは少なくとも5000ボルト／cm 、特に 少なくとも10,000ボルト／cmの（ピーク）強度を有する電場が有利に使用でき、 そうすることにより、達成される分離結果はだんだん良くなる。このような高い 電場の使用にもかかわらず、短絡の発生はなく、しかも、有機相からの水性相の 分離は非常に効率的である。例えば、連続有機液相中、50Hzの周波数では、733 ボルト／cmで１０分後に、存在する水性分散相の５０％を分離することができる ことが分かった。6,666ボルト／cmでは、存在する水性相の90％もを10分後に分 離することができる。沈降タンクの使用では、同じ効果を達成するのに数日〜１ 週間を要するであろう。 静電凝集では、周波数を変えることも可能であることは明らかである。本発明 による良好な結果は、周波数が少なくとも20Hzである場合に達成される。500Hz までの周波数が非常に良好に使用できる。良好な結果は、好ましい範囲外の周波 数でも得ることができる。図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施において使用され得る装置の一つの型を図式的に示す。 図２は、本発明の実施において使用され得る装置の別の型を図式的に示す。発明の詳細な説明 静電凝集が起こり得る容器の形はあまり重要で ない。容器は円筒型、正四角柱、矩形柱などが挙げられる。 本発明の静電凝集法は、連続的にまたはバッチ式で行うことができる。しかし 、静電凝集の連続した適用が行われる場合は、層流が確実に得られるために、容 器の内部表面の構造に関して注意すべきであり、この文脈で長さ／直径比が重要 であり得る。特に、乱流は避けるべきである。なぜならば、この乱流は、分離ま たはたぶん分離時間に関する要件に悪影響を及ぼすからである。 使用できる電極は、各種物質、例えば導電性ガラス、金属などから作ることが できる。使用される電極の形は本発明にとっては重要でない。例としては、ロッ ド型またはプレート型の電極が挙げられる。電極は、絶縁されていてもいなくて もよい。絶縁されていない電極の使用は、調達に関してコスト的に有利な差を示 唆し得る。しかし、安全性および／またはエネルギー消費の立場からは、あるい は、絶縁された電極を選んでもよい。 静電凝集による分離が起こり得る温度は、本発明にとって実際には本質的でな いが、好ましくは室温であり得る。一般に温度が高い方が相分離のより急速な達 成には好ましいが、一般的には、温度が高くなりすぎて、分離される分散体が沸 騰を始め、または気体の発生を招き、それによって乱流が誘発さ れ、その結果分散体が再形成されないようにする必要がある。 もちろん、このように分散体が沸騰するのを防ぐために、高められた圧力下で 静電凝集を適用することは常に可能である。 交流および直流の両方とも使用することができる。交流を使用する場合、パル スは、正弦波型もしくは直角のこ歯型またはこれらの組み合わせのいずれでもよ く、分離結果に対する明らかな影響はほんの少しだけである。 本発明で使用される有機相とは、炭素および水素で構成される１以上の有機化 合物、例えば直鎖または環式炭化水素を意味し、それは、酸素、硫黄、窒素、ハ ロゲンなどの他の原子を含んでもよい。かかる化合物の例としては、ベンゼン、 トルエン、シクロヘキサン、ヘプタン、ジメヂルスルホキシド、クロロホルム、 トリクロロエタンなどが挙げられる。 水性相は、水に加え、他の成分、例えば該水性相に溶解される塩または有機化 合物ですらも含むことができる。水性相は、６０重量％までの有機化合物、例え ばカプロラクタムを含むことさえもできる。それにもかかわらず、本発明の文脈 において、「水性相」は、その水分量が少なくとも20重量％であるならば水性であ るとみなされる。 また、水性相は、水溶性の塩、例えば0.1〜５重 量％の硫酸アンモニウムも含み得る。 本発明で分離された水性分散相は、当業者には明らかな手段、例えば水相を抜 き出す、デカンテーションするなどにより有機連続相から分離することができる 。分離された水性相をカプロラクタム製造プロセスに再循環させることができる 。 カプロラクタムの製造は、かかる分散体が形成される種々の製造工程を含む。 従って、これらは、一般に、有効な液／液分離法を必要とする。種々のプロセス 工程での例としては、シクロヘキサン酸化、ヒドロキシルアンモニウム塩の製造 、抽出カラムからの上部および下部流が挙げられる。本発明の実施例 図面の詳細な説明 次に本発明を、下記実施例を参照してさらに詳細に説明するが、本発明はそれ らに限定されるものではない。実施例 Ultra−Torrax7 T50混合機を使用して、カプロラクタムが溶解した（50重量％ ）水を、混合物全体に対して２重量％の水相分散剤と共に、5000rpmで５分かけ て有機相としてのベンゼンに分散させた。この分散体を１分以内に静電凝集器に 導入し、続いて周波数および電圧をセットした。実施例は、各ケースにおいて交 流を使用し、室温で行った。 実施例Ｉ〜IIIで使用した凝集器を図１で図式的に示す。図中、１は絶縁され たガラス電極であり、２は外部電極としての硫酸３を含むガラスジャケットであ り、４は周波数制御器を備えた電源である。電極１と３との間隔は1.5cmであっ た。 実施例IVおよびＶで使用した凝集器を図２に示す。図中、10はサーモスタット 付き容器であり、その中にガラス容器20（100：30：100mm）が置かれており、そ れはカバ−30によって閉じられ、該カバーを通って２本の絶縁されていないステ ンレス鋼の電極40が位置している。電極の間隔は１．５ｃｍであった。種々の時 間の後、分散体のサンプルを取り出し、分析した。 実験は室温で行った。分離した水の量または分散体中の水性相の濃度を決定す るために、DeutscheEinheitsverfahren（ドイツ統一法）C2,DIN38404,TeiI２（ 第２部）に従って濁度を測定した。これは、分離した水相の割合の尺度でもある 。検量線により、濁度を、分離した水の割合に関連させた。実施例Ｉ〜III 実施例Ｉ〜IIIを−上記したように行い、周波数は50Hzであり、電場は正弦波 型であった。電圧を変化させ、対応する分離結果と共に表Ｉに示す。 表Ｉは、電圧が高いほど、分離結果は良好かつより完全であることを明示して いる。実施例IVおよびＶ これらの実施例は上記したように行い、周波数は50Hzであり、電圧は変化させ た。電場は正弦波型であった。結果を表IIに示す。 比較例Ａ 実施例???の分散体のサンプルを円筒型容器に導入し、電気的凝集を適用しな いで放置した。１分後にはほんの６％の水性相が分離し、５分後にはこの量が９ ％になり、10分後には12％になったに過ぎない。 本発明をその特定の実施態様を参照して説明したが、適用され得る特許法の下 での権利の範囲および程度は、以下の請求の範囲の用語によってのみ制限される 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ， ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．カプロラクタム製造プロセスからの連続有機相および水性分散相を有する 分散体を分離する方法において、静電凝集を少なくとも500ボルト／cmの電場お よび少なくとも5Hzの周波数で該分散体に適用し、それにより、分離した水性相 の形成を誘発することを特徴とする方法。 ２．少なくとも1000ボルト／cmの電場を使用することを特徴とする請求項１に記 載の方法。 ３．少なくとも5000ボルト／cmの電場を使用することを特徴とする請求項２に記 載の方法。 ４．少なくとも10,000ボルト／cmの電場を使用することを特徴とする請求項３に 記載の方法。 ５．周波数が少なくとも20Hzであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一 つに記載の方法。 ６．周波数が高々500Hzであることを特徴とする請求項５に記載の方法。 ７．水性相の量が合計した液相全体の高々５重量％であることを特徴とする請求 項１〜６のいずれか一つに記載の方法。 ８．有機相がベンゼンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記 載の方法。 ９．分散相が水であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の方 法。 １０．分散相が60重量％までのカプロラクタムを 含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。 １１．分散相が0.1〜５重量％の硫酸アンモニウムを含むことを特徴とする請求 項９に記載の方法。