Способ получения капролактама посредством примешивания циклогексаноноксима к реакционной смеси

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения капролактама примешиванием циклогексаноноксима к реакционной смеси, содержащей капролактам и серную кислоту, с использованием смешивающего устройства, включающего (i) трубопровод, через который протекает реакционная смесь, и (ii) каналы, расположенные вокруг трубопровода и открывающиеся в трубопровод, включающий пропускание реакционной смеси через трубопровод и подачу циклогексаноноксима в реакционную смесь через один или более указанных каналов, где Re>5000, причем Re является числом Рейнольдса, определяемым соотношением

rVD/h,

в котором r - плотность реакционной смеси, которая подается в трубопровод, кг/м3;

V - скорость реакционной смеси, причем V определяется как W/A, где W - скорость потока (м3/с) реакционной смеси, которая подается в трубопровод, и А - площадь поперечного сечения трубопровода (м2) на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод;

D - диаметр трубопровода на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод, м;

h - вязкость реакционной смеси, которая подается в трубопровод, ПаЧс.

2. Способ по п.1, где Re>10000.

3. Способ по п.1 или 2, в котором соотношение w/W<0,05, где w - скорость потока (м3/с) циклогексаноноксима, подаваемого в реакционную смесь через один или более указанных каналов, и W - скорость потока (м3/с) реакционной смеси, которую пропускают через трубопровод.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором соотношение v/V составляет между 0,1 и 20, где v - скорость (м/с), с которой циклогексаноноксим подают в реакционную смесь, V - скорость реакционной смеси на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод, причем V определяется как W/A, где W - скорость потока (м/с) реакционной смеси, которую подают в трубопровод, и А - площадь поперечного сечения трубопровода (м2) на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод.

5. Способ по п.4, где v/V составляет между 0,2 и 1,8.

6. Способ по любому из пп.1-5, где смешивающее устройство содержит одну или более заглушек, причем один или более каналов закрывается заглушкой, и способ включает выбор v/V путем регулирования числа каналов, которые закрываются указанными заглушками.

7. Способ по любому из пп.1-6, где трубопровод в направлении потока сужается в первой части до горловины и за горловиной, необязательно, расширяется во второй части.

8. Способ по любому из пп.1-7, где предусмотрена система циркуляции, включающая (i) смешивающее устройство, (ii) холодильник для охлаждения реакционной смеси, (iii) соединительную линию, по которой реакционная смесь протекает от смешивающего устройства к холодильнику и от холодильника обратно к смешивающему устройству, и (iv) насос для поддержания реакционной смеси в состоянии циркуляции, где указанный насос расположен ниже по потоку от смешивающего устройства и выше по потоку от холодильника в направлении потока реакционной смеси, и способ включает циркуляцию реакционной смеси от смешивающего устройства к холодильнику и от холодильника обратно к смешивающему устройству.

9. Способ по любому из пп.1-8 включает сбор реакционной смеси, выходящей из трубопровода, в коллекторную емкость.

10. Способ по п.9, где смешивающее устройство включает регулируемые заглушки и где трубопровод проведен через стенку коллекторной емкости в точке ниже по потоку от заглушек в направлении потока реакционной смеси.

11. Способ по любому из пп.1-10, где соотношение M, определяемое как (nSO3+nH2SO4)/ncap, составляет между 1 и 2,2, nSO3 - количество SO3 в реакционной смеси, моль; nH2SO4 - количество H2SO4 в реакционной смеси, моль; ncap - количество капролактама в реакционной смеси, моль.

12. Способ по любому из пп.1-11, где реакционная смесь содержит SO3.

13. Способ по п.12, где содержание SO3 в реакционной смеси составляет по меньшей мере 2 мас.%.

14. Способ по любому из пп.1-13, где температура реакционной смеси составляет от 50 до 130шС.

 

Текст

Смотреть все

009600 Изобретение относится к способу и аппарату для получения капролактама посредством примешивания циклогексаноноксима к реакционной смеси, содержащей капролактам, серную кислоту и, возможно, но не обязательно, свободный SO3. Капролактам может быть получен посредством перегруппировки циклогексаноноксима по Бекману. Такая перегруппировка Бекмана может быть проведена примешиванием циклогексаноноксима к реакционной смеси, содержащей капролактам, серную кислоту и возможно, но не обязательно, свободный SO3. В таком способе серная кислота и возможный SO3 оказывают каталитическое действие на превращение циклогексаноноксима в капролактам. В патенте США 3601318 описана важность условий смешивания при получении капролактама требуемой чистоты. Раскрывается смешивающее устройство, включающее трубопровод, по которому может протекать жидкость для обработки, при этом указанный трубопровод, если смотреть в направлении движения потока, сужается до горловины и после горловины расширяется. Вокруг трубопровода размещено большое количество каналов, открывающихся в трубопровод, через которые к жидкости для обработки может примешиваться питающая жидкость. В патенте описано, что смешивающее устройство является особенно подходящим для ситуаций, когда жидкости должны быть тщательно и полностью смешаны фактически при отсутствии какой-либо турбулентности. Одна из таких ситуаций, как описано, относится к перегруппировке по Бекману циклокетоксимов в присутствии серной кислоты, или фосфорной, или полифосфорных кислот. Авторы изобретения обнаружили, что использование смешивающего устройства, как описано в патенте США 3601318, т.е. в условиях ламинарного потока, для получения капролактама приводит к низкому выходу продукта. Целью изобретения является повышения выхода продукта. Эта цель достигается за счет изобретения способа получения капролактама посредством примешивания циклогексаноноксима к реакционной смеси, содержащей капролактам и серную кислоту, с использованием смешивающего устройства, включающего (i) трубопровод, по которому может протекать реакционная смесь, и (ii) каналы, размещенные вокруг трубопровода и открывающиеся в трубопровод, включающий пропускание реакционной смеси через трубопровод и подачу циклогексаноноксима в реакционную смесь через один или более указанных каналов, где Re5000, причем Re является числом Рейнольдса, определяемым соотношениемV - скорость реакционной смеси, определяемая как W/A, W - скорость потока (м 3/с) реакционной смеси, подаваемой в трубопровод, и А - площадь поперечного сечения трубопровода (м 2) на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод;D - диаметр трубопровода на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод, м;- вязкость реакционной смеси, подаваемой в трубопровод, Пас. Было обнаружено, что выход увеличивается, когда в соответствии с изобретением повышается число Рейнольдса. Более того, достигается высокая чистота. Этот способ отличается от способа по патенту США 3601318 тем, что основной поток в патенте 3601318 является ламинарным потоком. Число Рейнольдса, соответствующее ламинарному потоку, не выше 2100. В соответствии с изобретением Re5000. Дальнейшее повышение выхода преимущественно достигается при повышенных значениях Re. Предпочтительно Re10000, более предпочтительно Re15000,еще более предпочтительно Re20000, еще более предпочтительно Re25000. Для практических целей обычно Re100000. Требуемые значения Re в соответствии с изобретением могут предпочтительно достигаться соответствующей комбинацией , V, D и . В соответствии с изобретением реакционная смесь пропускается через трубопровод. Может быть использован любой трубопровод, через который может пропускаться жидкость. Предпочтительно трубопровод имеет обычно цилиндрическую форму. Предпочтительно трубопровод, если смотреть в направлении потока, сужается в первой части до горловины и затем за горловиной необязательно во второй части расширяется. Предпочтительно каналы открываются в первую часть, горловину или во вторую часть трубопровода, наиболее предпочтительно в горловину. Под горловиной понимается часть трубопровода за первой частью (если смотреть в направлении движения потока), имеющая наименьшую площадь поперечного сечения. Угол, под которым сужается первая часть трубопровода (угол между стенкой первой части и осью трубопровода), предпочтительно больше 5. Угол, под которым расширяется вторая часть трубопровода, предпочтительно больше 5 (угол между стенкой второй части и осью трубопровода). В соответствии с изобретением каналы расположены вокруг трубопровода. Каналами могут быть любые подходящие отверстия, через которые в реакционную смесь может подаваться циклогексаноноксим. Каналы могут иметь любой подходящий диаметр. Диаметр каналов предпочтительно состав-1 009600 ляет по меньшей мере 2 мм. Это уменьшает риск закупорки каналов. Число каналов, которое может быть расположено вокруг трубопровода, может изменяться и может быть, например, от 2 до 32, предпочтительно от 4 до 24. Предпочтительно смешивающее устройство включает в себя питающую камеру, при этом указанная камера расположена вокруг трубопровода и из нее в трубопровод открываются каналы. Питающая камера может быть соединена с источником циклогексаноноксима и циклогексаноноксим может подаваться из питающей камеры в трубопровод через каналы. В соответствии с изобретением циклогексаноноксим подается в реакционную смесь, содержащую капролактам, серную кислоту и, не обязательно, SO3. В результате циклогексаноноксим превращается в капролактам благодаря перегруппировке Бекмана. Известно, что такое превращение происходит почти мгновенно. Реакционная смесь содержит капролактам, серную кислоту и, возможно, SO3. Предпочтительно соотношение М, определяемое как (nSO3+nH2SO4)/nCAP, составляет от 1 до 2,2, более предпочтительно от 1,1 до 1,9, где nSO3 - количество SO3 в реакционной смеси, моль; nH2SO4 - количество H2SO4 в реакционной смеси,моль; nCAP - количество капролактама в реакционной смеси, моль. Реакционная смесь предпочтительно содержит SO3, при этом содержание SO3 предпочтительно составляет по меньшей мере 1 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 4 мас.% SO3, еще более предпочтительно по меньшей мере 6 мас.%SO3, еще более предпочтительно по меньшей мере 8 мас.% SO3, еще более предпочтительно по меньшей мере 10 мас.% SO3, еще более предпочтительно по меньшей мере 12 мас.% SO3. Для практических целей содержание SO3 в реакционной смеси обычно составляет меньше 20 мас.%, например меньше 18 мас.%,например меньше 17 мас.%. Под содержанием SO3 понимается масса SO3 по отношению к массе реакционной смеси. В предпочтительном варианте осуществления изобретения М составляет от 1,0 до 1,4,предпочтительно от 1,15 до 1,4, при этом содержание SO3 в реакционной смеси составляет по меньшей мере 2 мас.% SO3, более предпочтительно по меньшей мере 4 мас.% SO3, еще более предпочтительно по меньшей мере 6 мас.% SO3, еще более предпочтительно по меньшей мере 8 мас.% SO3, еще более предпочтительно по меньшей мере 10 мас.% SO3, еще более предпочтительно по меньшей мере 11 мас.% SO3. Величина М составляет от 1,0 до 1,4, предпочтительно от 1,15 до 1,4 и наряду с повышенными значениями содержания SO3 имеет то преимущество, что во время последующей нейтрализации образуются сравнительно малые количества сульфата аммония, а выход, как оказалось, повышается с увеличением содержания SO3. По изобретению величины М, концентрации SO3 и температуры реакционной смеси относятся, в частности, к данным величинам в реакционной смеси, полученной после подачи циклогексаноноксима в реакционную смесь, в частности в реакционной смеси, выходящей из смешивающего устройства. Значения для М и содержания SO3 могут быть получены любым подходящим способом. В предпочтительном варианте осуществления изобретения способ является непрерывным и включает поддержание реакционной смеси в состоянии циркуляции, подачу смеси, содержащей серную кислоту и SO3, например олеум, или реакционной смеси, содержащей капролактам, серную кислоту и SO3, в циркулирующую реакционную смесь и отбор части циркулирующей реакционной смеси. Количество смеси, содержащей серную кислоту и SO3, содержание SO3 в ней и количество циклогексаноноксима, подаваемого в циркулирующую реакционную смесь, могут быть подобраны таким образом, чтобы М и содержание SO3 в реакционной смеси имели предпочтительную величину. Олеум может иметь любую подходящую концентрацию SO3, например от 18 до 35 мас.% SO3. Температура реакционной смеси может иметь любое подходящее значение. Предпочтительно температура реакционной смеси составляет от 50 до 130 С, предпочтительно между 70 и 120 С. Скорость потока реакционной смеси, подаваемой в трубопровод, и скорость потока циклогексаноноксима, вводимого в реакционную смесь, могут иметь любое подходящее значение. Предпочтительно отношение w/W0,1, предпочтительно w/W0,05, где w - скорость потока (м 3/с) циклогексаноноксима,который вводится в реакционную смесь через указанные один или больше каналов, и W - скорость потока (м 3/с) реакционной смеси, пропускаемой через трубопровод. Использование низких значений отношения w/W, как оказалось, приводит к повышению выхода и чистоты продукта. Желательно, чтобыw/W0,04, предпочтительно w/W0,03. Не существует какого-либо определенного нижнего предела дляw/W. На практике w/W может быть 0,01. Скорость циклогексаноноксима, вводимого в реакционную смесь, и реакционной смеси может иметь любую подходящую величину. Предпочтительно v/V составляет от 0,1 до 30, где v - скорость(м 3/с), с которой циклогексаноноксим вводится в реакционную смесь, V - скорость реакционной смеси на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод, при этом V определяется как W/A, где W скорость потока (м 3/с) реакционной смеси, подаваемой в трубопровод, и А - площадь поперечного сечения трубопровода (м 2) на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод. Отношение v/V может составлять 15, например 10, например 5, например 2, например 1,8, например 1,5. Отношение v/V может составлять 0,2, например 0,5. Предпочтительные значения v/V могут быть выбраны любым подходящим образом. В предпочтительном варианте осуществления изобретения смешивающее устройство включает одну или более заглушек, один или более каналов, закрываемых заглушками. Предпочтительно, чтобы каждый из каналов-2 009600 был закрыт одной заглушкой. В качестве заглушки может быть использовано любое закрывающее средство, которым может быть закрыт или открыт канал, например пробка. Предпочтительно используется заглушка или пробка, имеющая конец, соответствующий форме канала. Предпочтительно заглушки или пробки имеют концы, соответствующие форме каналов. Это эффективный способ закрытия канала. В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрена система циркуляции,включающая (i) смешивающее устройство, (ii) холодильник для охлаждения реакционной смеси, (iii) соединительную линию, по которой может протекать реакционная смесь от смешивающего устройства к холодильнику и от холодильника обратно к смешивающему устройству, при этом способ включает в себя циркуляцию реакционной смеси от смешивающего устройства к холодильнику и от холодильника обратно к смешивающему устройству. Реакционная смесь может поддерживаться в состоянии циркуляции любым подходящим способом. Предпочтительно система циркуляции включает (iv) насос для поддержания реакционной смеси в состоянии циркуляции. Предпочтительно насос расположен ниже по потоку от смешивающего устройства и выше по потоку от холодильника, если смотреть в направлении потока реакционной смеси. Такое расположение, как оказалось, облегчает достижение высокого числа Рейнольдса. В предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя сбор реакционной смеси, выходящей из трубопровода, в коллекторную емкость. В коллекторной емкости может происходить дополнительное превращение циклогексаноноксима, если был превращен не весь циклогексаноноксим. Предпочтительно коллекторная емкость расположена таким образом, чтобы она могла принять в себя реакционную смесь, выходящую из трубопровода; и способ включает в себя сбор реакционной смеси, выходящей из трубопровода, в коллекторную емкость. Предпочтительно система циркуляции включает в себя коллекторную емкость, предпочтительно расположенную выше насоса по потоку, если смотреть в направлении потока реакционной смеси. Как оказалось, это облегчает достижение высокого числа Рейнольдса. В предпочтительном варианте осуществления смешивающее устройство включает в себя регулируемые заглушки, при этом трубопровод проходит через стенку коллекторной емкости в точке, расположенной ниже замков по потоку, если смотреть в направлении потока реакционной смеси. В этом варианте осуществления изобретения реализуются преимущества коллекторной емкости и в то же время все еще сохраняется возможность управлять заглушками простым способом. Поэтому в другом аспекте изобретение также предусматривает аппарат, включающий в себя:(а) смешивающее устройство, содержащее (i) трубопровод, по которому может протекать первая жидкость, (ii) каналы, расположенные вокруг трубопровода, по которым может добавляться вторая жидкость в первую жидкость и которые открываются в трубопровод, (iii) регулируемые заглушки, связанные с одним или большим числом каналов;(b) коллекторную емкость для сбора первой жидкости, выходящей из трубопровода, при этом указанная коллекторная емкость имеет стенку, через которую в емкость вводится трубопровод в точке, расположенной вниз по потоку от замков, если смотреть в направлении потока реакционной смеси. Трубопровод может включать третью часть, расположенную за второй частью, если смотреть в направлении потока, соединенную со второй частью, и содержит реакционную смесь, которая выходит из второй части трубопровода через его третью часть. Способ по изобретению предпочтительно является непрерывным. В предпочтительном варианте осуществления изобретения способ включает в себя: а) подачу (i) олеума и (ii) циклогексаноноксима в первую реакционную смесь, содержащую капролактам, серную кислоту и SO3;b) подачу (iii) части первой реакционной смеси и (iv) циклогексаноноксима во вторую реакционную смесь, содержащую капролактам, серную кислоту и SO3, где указанная подача указанного циклогексаноноксима в первую реакционную смесь и указанная подача указанного циклогексаноноксима во вторую реакционную смесь проводятся в соответствии со способом по изобретению. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения способ также включает в себя подачу (v) части второй реакционной смеси и (vi) циклогексаноноксима в третью реакционную смесь,содержащую капролактам, серную кислоту и SO3, и где указанная подача указанного циклогексаноноксима в третью реакционную смесь проводится в соответствии с изобретением. Предпочтительно первая реакционная смесь, вторая реакционная смесь и/или указанная третья реакционная смесь поддерживаются в состоянии циркуляции. Первая реакционная смесь, вторая реакционная смесь и, при необходимости, третья реакционная смесь содержат капролактам, серную кислоту и SO3. Мольное соотношение М, определяемое как-3 009600 Мольное соотношение М в первой, второй и третьей реакционных смесях будет указано далее соответственно как М(1), М(2) и М(3). В рамках данного изобретения концентрация SO3 в первой, второй и третьей реакционных смесях будет указана как CSO3(1), CSO3(2) и CSO3(3). В рамках данного изобретения концентрация SO3 будет представлена в мас.% по отношению к массе реакционной смеси. Температура первой, второй и третьей реакционных смесей, в рамках данного изобретения, будет указана соответственно как T(1), T(2) и T(3). В рамках данного изобретения значения M, концентрации SO3 и температуры относятся, в частности, к их значениям в реакционной смеси, полученной после ввода циклогексаноноксима в реакционную смесь, в частности в реакционную смесь, выходящую из смешивающего устройства. Предпочтительные значения для M и концентрации SO3 могут быть получены посредством подачи циклогексаноноксима на различных этапах в соответствующих количествах и посредством использования соответствующих количеств олеума с соответствующей концентрацией SO3. Предпочтительно M(2) меньше M(1). Предпочтительно М(3) меньше M(2). В предпочтительном варианте осуществления изобретения M(1) составляет от 1,2 до 2,2, предпочтительно между 1,4 и 1,85, более предпочтительно между 1,5 и 1,7. Предпочтительно CSO3(1) составляет от 3 до 20 мас.%, предпочтительно больше 4 мас.%, предпочтительно больше 6 мас.%, более предпочтительно выше 8 мас.%, более предпочтительно выше 10 мас.%, более предпочтительно выше 12 мас.%. Повышенные значения CSO3(1) имеют то преимущество, что CSO3(2) может поддерживаться более высокой во второй реакционной смеси без необходимости подачи олеума во вторую реакционную смесь.CSO3(1) может быть меньше 18 мас.%, предпочтительно меньше 17 мас.%. Предпочтительно T(1) составляет от 50 до 130 С, предпочтительно между 70 и 130 С, более предпочтительно между 70 и 120 С. В предпочтительном варианте осуществления изобретения M(2) составляет от 1,0 до 1,6, предпочтительно выше 1,1, более предпочтительно выше 1,2, предпочтительно меньше 1,5, более предпочтительно меньше 1,4. Предпочтительно значение CSO3(2) составляет между 0,5 и 20 мас.%, более предпочтительно выше 1 мас.%, более предпочтительно выше 2 мас.%, более предпочтительно выше 4 мас.%,более предпочтительно выше 6 мас.%, более предпочтительно выше 8 мас.%, более предпочтительно выше 10 мас.%, более предпочтительно выше 12 мас.%. Повышенные концентрации CSO3(2) в вышеупомянутых диапазонах значений M(2), как неожиданно было обнаружено, привели к значительно более высоким выходам. Предпочтительно T(2) составляет от 70 до 130 С, предпочтительно между 80 и 130 С,более предпочтительно между 80 и 120 С. В предпочтительном варианте осуществления изобретения M(3) составляет от 1,0 до 1,4, предпочтительно между 1,1 и 1,35, более предпочтительно между 1,15 и 1,35. Предпочтительно CSO3(3) составляет от 0,5 до 18 мас.%, предпочтительно более 1 мас.%, предпочтительно более 2 мас.%, более предпочтительно выше 4 мас.%, предпочтительно выше 6 мас.%, более предпочтительно выше 8 мас.%, более предпочтительно выше 10 мас.%, более предпочтительно выше 12 мас.% Повышенные концентрацииCSO3(2) в пределах вышеупомянутых диапазонов для М(3), как неожиданно было обнаружено, привели к значительно более высоким выходам. Предпочтительно Т(3) составляет от 70 до 130 С, предпочтительно между 80 и 130 С, более предпочтительно между 80 и 120 С. Олеум может подаваться в реакционную смесь любым подходящим способом. Предпочтительно,чтобы весь используемый олеум подавался в первую реакционную смесь. Предпочтительно, чтобы количество циклогексаноноксима, подаваемого в первую реакционную смесь, было больше количества циклогексаноноксима, подаваемого во вторую реакционную смесь, и предпочтительно, чтобы количество циклогексаноноксима, подаваемого во вторую реакционную смесь, было больше количества циклогексаноноксима, подаваемого в третью реакционную смесь, если последняя использовалась. Предпочтительно, чтобы от 60 до 95 мас.%, от общего количества циклогексаноноксима, подаваемого в первую, вторую и, при необходимости, третью реакционные смеси, подавалось в первую реакционную смесь. Предпочтительно, чтобы от 5 до 40 мас.%, от общего количества циклогексаноноксима, подаваемого в первую,вторую и, при необходимости, в третью реакционную смесь, подавалось во вторую реакционную смесь. Если использовалась третья реакционная смесь, то предпочтительно, чтобы от 2 до 15 мас.% от общего количества циклогексаноноксима, подаваемого в первую, вторую и третью реакционные смеси, подавалось в третью реакционную смесь. Предпочтительно, чтобы одна часть по объему циклогексаноноксима непрерывно вводилась по меньшей мере в 10 частей по объему, более предпочтительно по меньшей мере в 20 частей по объему реакционной смеси. Предпочтительно w1/W10,01, предпочтительно w1/W10,05. Предпочтительно w2/W20,01, предпочтительно w2/W20,05. Предпочтительно w3/W30,01, предпочтительно w3/W30,05, где w1, w2, w3 скорости потока (м 3/с) циклогексаноноксима, который вводится соответственно через указанные один или более первых, вторых и третьих каналов; W1, W2, W3 скорости потока (м 3/с) реакционной смеси,которая пропускается соответственно через первый, второй и третий трубопроводы. Непрерывный способ в соответствии с изобретением предпочтительно включает в себя подачу части первой реакционной смеси во вторую реакционную смесь. Непрерывный способ в соответствии с изобретением предпочтительно включает в себя отбор части второй реакционной смеси. Непрерывный способ в соответствии с изобретением может включать в себя подачу части второй реакционной смеси в-4 009600 третью реакционную смесь. Непрерывный способ в соответствии с изобретением может включать в себя отбор части третьей реакционной смеси. Часть второй и/или третьей реакционной смеси может быть отобрана любым подходящим способом. Капролактам может быть регенерирован из второй или третьей смеси известными способами, например нейтрализацией аммиаком и очисткой полученной водной фазы, содержащей капролактам. В соответствии с изобретением циклогексаноноксим подается в реакционную смесь. Циклогексаноноксим, подаваемый в реакционную смесь, может содержать воду, например, меньше 7 мас.% Предпочтительно циклогексаноноксим, подаваемый в реакционную смесь, имеет содержание воды меньше 2 мас.%, более предпочтительно меньше 1 мас.%, более предпочтительно меньше 0,2 мас.%, более предпочтительно меньше 0,1 мас.%. Подача циклогексаноноксима, имеющего низкое содержание воды, предпочтительна, так как это эффективный способ достижения реакционной смеси с высоким содержаниемSO3. Одним из способов получения циклогексаноноксима, имеющего содержание воды меньше 2 мас.%,является сушка циклогексаноноксима с высоким содержанием воды, например инертным газом. Предпочтительным способом получения циклогексаноноксима, имеющего содержание воды меньше 2 мас.%,является способ, в котором циклогексаноноксим получают посредством:a) подготовки органической среды, содержащей циклогексаноноксим, растворенный в органическом растворителе,b) отделения дистилляцией циклогексаноноксима от указанного органического растворителя. Приготовление органической среды, содержащей циклогексаноноксим, растворенный в органическом растворителе, предпочтительно проводится в реакционной зоне контактированием в противотоке потока раствора циклогексанона в органическом растворителе, который также является растворителем для циклогексаноноксима, с потоком фосфата, содержащего буфер, в водном растворе гидроксиламмония; и отбором из реакционной зоны органической среды циклогексаноноксима, растворенного в указанном органическом растворителе. Особенно подходящими органическими растворителями для использования в способе приготовления цеклогексаноноксима являются толуол и бензол. В качестве органического растворителя предпочтительно используется толуол. Фосфат с буфером в водной реакционной среде предпочтительно непрерывно рециркулируются между зоной синтеза гидроксиламмония и зоной синтеза циклогексаноноксима. В зоне синтеза гидроксиламмония гидроксиламмоний образуется посредством каталитического восстановления нитратных ионов или окисла азота водородом. В зоне синтеза циклогексаноноксима гидроксиламмоний, образовавшийся в зоне синтеза гидроксиламмония, вступает в реакцию с циклогексаноном с образованием циклогексаноноксима. Циклогексаноноксим затем может быть отделен от водной реакционной среды, которая рециркулируется в зону синтеза гидроксиламмония. Органическая среда, содержащая образовавшийся циклогексаноноксим, растворенный в указанном органическом растворителе, удаляется из реакционной зоны и дистиллируется для регенерации циклогексаноноксима, имеющего содержание воды менее 1 и даже менее 0,1 мас.%. Регенерация капролактама из полученной реакционной смеси может быть осуществлена известными способами. Предпочтительно реакционная смесь, полученная на последнем этапе перегруппировки Бекмана, нейтрализуется аммиаком в воде, и образовавшийся в результате сульфат аммония удаляется из раствора капролактама. Раствор капролактама может очищаться известными способами. Изобретение также предусматривает аппарат для осуществления способа в соответствии с изобретением, включающий смешивающее устройство для примешивания циклогексаноноксима к реакционной смеси, включающее (i) трубопровод, по которому может протекать реакционная смесь, (ii) каналы, расположенные вокруг трубопровода, через которые циклогексаноноксим может подаваться в реакционную смесь, открывающиеся в трубопровод; холодильник для охлаждения реакционной смеси; насос; и соединительную линию, по которой реакционная смесь, выходящая из смешивающего устройства, может протекать от смешивающего устройства к насосу, от насоса к холодильнику (D) и от холодильника обратно к смешивающему устройству. Было обнаружено, что когда насос расположен ниже по потоку от смешивающего устройства и выше по потоку от холодильника, то число Рейнольдса в соответствии с изобретением достигается успешно. Изобретение также предусматривает аппарат для проведения способа в соответствии с изобретением, включающий в себя смешивающее устройство для примешивания циклогексаноноксима к реакционной смеси, включающее (i) трубопровод, по которому может протекать реакционная смесь, (ii) каналы,расположенные вокруг трубопровода, через которые в реакционную смесь может подаваться циклогексаноноксим, открывающиеся в трубопровод; коллекторную емкость, холодильник для охлаждения реакционной смеси, соединительную линию, по которой реакционная смесь может протекать от смешивающего устройства к коллекторной емкости, от коллекторной емкости к холодильнику и от холодильника к смешивающему устройству. Было обнаружено, в частности, что когда выход реакционной смеси, проходящей через соединительную линию к холодильнику, находится в нижней части коллекторной емкости,например ниже 50% высоты коллекторной емкости, то число Рейнольдса в соответствии с изобретением достигается успешно.-5 009600 В предпочтительном варианте осуществления изобретения смешивающее устройство, одна или более заглушек, один или более каналов, закрываемых заглушками, и трубопровод проходят через стенку коллекторной емкости таким образом, что заглушки находятся все еще снаружи коллекторной емкости. Это облегчает использование заглушек. Предпочтительно трубопровод в направлении потока сужается в первой части до горловины и после горловины во второй части необязательно расширяется. Это также облегчает достижение высокого числа Рейнольдса в соответствии с изобретением. В другом аспекте изобретение также предусматривает аппарат для получения капролактама, включающий в себя:a) первую систему циркуляции для поддержания первой реакционной смеси в состоянии циркуляции, содержащую первое смешивающее устройство для примешивания циклогексаноноксима к первой реакционной смеси, включающее:(a1) первый трубопровод, по которому может протекать первая реакционная смесь,(а 2) первые каналы, расположенные вокруг первого трубопровода, через которые в первую реакционную смесь может подаваться циклогексаноноксим, открывающиеся в первый трубопровод,(а 3) одну или более первых заглушек, один или более первых каналов, закрываемых первыми заглушками;b) вторую систему циркуляции для поддержания второй реакционной смеси в состоянии циркуляции, содержащую второе смешивающее устройство для примешивания циклогексаноноксима ко второй реакционной смеси, включающее:(b1) второй трубопровод, по которому может протекать вторая реакционная смесь,(b2) вторые каналы, расположенные вокруг второго трубопровода, через которые во вторую реакционную смесь может подаваться циклогексаноноксим, открывающиеся во второй трубопровод,(b3) одну или более вторых заглушек, причем один или более вторых каналов закрываются вторыми заглушками. Этот аппарат является предпочтительным вариантом осуществления изобретения, позволяющим подобрать условия смешивания для каждого этапа. В предпочтительном варианте осуществления изобретения аппарат также включает в себя: с) третью систему циркуляции для поддержания третьей реакционной смеси в состоянии циркуляции, содержащую третье смешивающее устройство для примешивания циклогексаноноксима к третьей реакционной смеси, включающее:(с 1) третий трубопровод, по которому может протекать третья реакционная смесь,(с 2) третьи каналы, расположенные вокруг третьего трубопровода, через которые в третью реакционную смесь может подаваться циклогексаноноксим, открывающиеся в третий трубопровод,(с 3) одну или более третьих заглушек, причем один или более третьих каналов закрываются третьими заглушками. Другие предпочтительные варианты осуществления аппарата описаны во всем описании и в пунктах формулы изобретения. В другом аспекте изобретение также обеспечивает способ получения капролактама, включающий в себя:a) пропускание первой реакционной смеси через первый трубопровод и поддержание первой реакционной смеси в состоянии циркуляции, причем указанная первая реакционная смесь содержит капролактам, серную кислоту и SO3;b) подачу циклогексаноноксима в первую реакционную смесь через первые отверстия;c) пропускание второй реакционной смеси через второй трубопровод и поддержание второй реакционной смеси в состоянии циркуляции, причем указанная вторая реакционная смесь содержит капролактам, серную кислоту и SO3;d) подачу циклогексаноноксима во вторую реакционную смесь и отвод части первой реакционной смеси, причем указанный циклогексаноноксим подается во вторую реакционную смесь через вторые отверстия. Предпочтительно способ включает: е) пропускание третьей реакционной смеси через третий трубопровод и поддержание третьей реакционной смеси в состоянии циркуляции, причем указанная третья реакционная смесь содержит капролактам, серную кислоту и свободный SO3. Другие предпочтительные варианты осуществления способа по изобретению описаны во всем описании и пунктах формулы изобретения. Описание предпочтительного варианта изобретения На фиг. 1 показан предпочтительный вариант осуществления изобретения для проведения способа по изобретению. Как показано на фиг. 1, реакционная смесь поддерживается в состоянии циркуляции в направлении стрелки в системе циркуляции, включающей смешивающее устройство А, коллекторную емкость В, насос С и холодильник D. Смешивающее устройство А включает трубопровод, который открывается в-6 009600 коллекторную емкость В. В смешивающее устройство А подаются по линии 1 реакционная смесь и по линии 2 циклогексаноноксим. Реакционная смесь, выходящая из смешивающего устройства А, собирается в коллекторную емкость В. Часть реакционной смеси отбирается из коллекторной емкости В через линию 4. Другая часть реакционной смеси отводится из коллекторной емкости В через линию 5 и вместе с олеумом (или реакционной смесью, отобранной из другой системы циркуляции), который подводится по линии 3, подается в насос С. Реакционная смесь, выходящая из насоса С, поступает в холодильник D по линии 6 и рециркулируется в смешивающее устройство А по линии 1. На фиг. 2 показан предпочтительный вариант осуществления смешивающего устройства. Смешивающее устройство А, как показано на фиг. 2, включает цилиндрический трубопровод 101,который в первой части 101 а сужается до горловины 101b, имеющей диаметр D, который используется для расчета числа Рейнольдса, и после горловины 101b расширяется во второй части 101 с. Вторая часть 101 с трубопровода соединена с третьей частью 102. Каналы 103, соединенные с питающей камерой 104,открываются в трубопровод 101. Циклогексаноноксим подается через питающую камеру 104 и вводится в реакционную смесь через каналы 103. Смешивающее устройство включает в себя заглушки 105, с помощью которых каналы 103 могут независимо открываться и закрываться. Трубопровод открывается в коллекторную емкость В, имеющую стенки 110. Смешивающее устройство, необязательно, также включает отклоняющую лопатку 106, расположенную против выхода трубопровода 101. Выходы 111 и 112 соответствуют местам соединения с линиями 4 и 5 соответственно, как показано на фиг. 1. На фиг. 3 показана предпочтительная блок-схема оборудования в собранном виде, состоящая из трех этапов, включающего первую, вторую и третью системы циркуляции. Первая система циркуляции включает смешивающее устройство A1, коллекторную емкость B1, насос C1 и холодильник D1 и первая реакционная смесь поддерживается в состоянии циркуляции по линии 1. Вторая система циркуляции включает в себя смешивающее устройство A2, коллекторную емкостьB2, насос C2 и холодильник D2 и вторая реакционная смесь поддерживается в состоянии циркуляции по линии 11. Третья система циркуляции включает в себя смешивающее устройство A3, коллекторную емкостьB3, насос C3 и холодильник D3, и третья реакционная смесь поддерживается в состоянии циркуляции по линии 21. Циклогексаноноксим и олеум подаются в первую реакционную смесь соответственно по линии 2 и по линии 3. Часть первой реакционной смеси отбирается из коллекторной емкости B1 по линии 4 и подается во вторую реакционную смесь. Циклогексаноноксим подается во вторую реакционную смесь по линии 12. Часть второй реакционной смеси отводится от коллекторной емкости B2 по линии 14 и подается в третью реакционную смесь. Циклогексаноноксим подается в третью реакционную смесь по линии 22. Часть третьей реакционной смеси отводится из коллекторной емкости В 3 по линии 24. Способ осуществляется непрерывно. Следующие конкретные примеры следует рассматривать только как иллюстрирующие часть описания и не ограничивающие изобретение в целом. Сравнительный эксперимент и примеры В сравнительном эксперименте и в примерах выход капролактама (количество образовавшегося капролактама, приходящееся на количество подаваемого в реакционную смесь циклогексаноноксима) определялся следующим образом. Пробы забирались у выхода 111. К первой части (0,2 г) каждой пробы добавлялась концентрированная серная кислота (20 мл, 96 мас.%), а также 15 г K2SO4 и 0,7 г HgO. Содержание азота в образовавшейся кислой смеси определялось методом Кьельдаля и из него рассчитывалась мольная концентрация азота в первой части пробы (TN). Вторая часть каждой пробы экстрагировалась хлороформом. Этот метод основан на факте, что капролактам входит в фазу хлороформа. Примеси остаются в водной фазе. Экстрагированная водная фаза анализируется на содержание азота методом Кьельдаля, из которого выводилась расчетом мольная концентрация азота во второй части пробы (RN). Выход рассчитывался следующим образом:% выхода=(1-RN/TN)100. Адсорбирующая способность при длине волны 290 нм (E290 нм), используемая здесь как показатель качества полученного капролактама, определялась следующим образом. Реакционная смесь, выводимая через выход 111, нейтрализовалась аммиаком и отделялась полученная водная фаза, содержащая капролактам. Адсорбирующая способность водной фазы, содержащей капролактам, измерялась при длине волны 290 нм с использованием 1 см кюветы (в расчете на 70 мас.%,раствора капролактама). Сравнительный эксперимент A. Использовались блок-схемы, показанные на фиг. 1 и 2. Смешивающее устройство имело следующие габариты: диаметр трубопровода до сужения 101 а - 2600 мм,угол- 17,-7 009600 диаметр горловины 101b - 100 мм,угол- 11. Отклоняющая лопатка не использовалась. Циркулирующая реакционная смесь - 7 мас.% SO3, M составляло 1,6 (измеренное в коллекторной емкости B). Вязкость реакционной смеси, подаваемой в смеситель, - 0,18 Пас. Плотность - 1400 кг/м 3. Температура в коллекторной емкости - 115 С. Температура реакционной смеси, выходящей из холодильника и подаваемой в смеситель, - 75 С. Скорость потока реакционной смеси - 73 м 3/ч, соответствующая скорости 2,5 м/с. Полученное число Рейнольдса в горловине - 2000. Смешивающее устройство имело 12 каналов (диаметр 3 мм). Циклогексаноноксим подавался через 3 канала (9 каналов были в закрытом положении). Скорость потока циклогексаноноксима - 3 т/ч (=850 кг/м 3). Выход 95%. Е 290 6,3. Пример 1. Сравнительный эксперимент А повторялся с тем отличием, что горловина смешивающего устройства имела диаметр 51 мм. Другие габариты смесителя, включая угол =17 и угол =11, были те же самые. Скорость потока реакционной смеси - 82 м 3/ч, что соответствует скорости 11,4 м/с. Температура реакционной смеси, выходящей из холодильника и подаваемой в смеситель, - 82 С. Вязкость реакционной смеси - 0,12 Пас. Число Рейнольдса - 6800. Выход, как было определено, составил 96,7%. Пример показывает, что увеличение числа Рейнольдса от 2000 до 6800 приводит к повышению выхода и чистоты капролактама. Пример 2. Пример 1 повторялся с той разницей, что скорость потока реакционной смеси была увеличена с 82 до 300 м 3/ч и циклогексаноноксим подавался через 8 каналов (4 канала находились в закрытом положении). Скорость потока циклогексаноноксима - 8 т/ч. Охлаждение проводилось так, что температура в коллекторной емкости оставалась равной 115 С. Полученная скорость реакционной смеси в горловине - 41 м/с, что соответствует числу Рейнольдса 29200. Выход, как было определено, составил 99,5%. E290 0,43. Этот пример показывает, что дальнейшее увеличение числа Рейнольдса от 6800 до 29200 приводит к повышению выхода и чистоты. В таблице приведен обзор результатов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения капролактама примешиванием циклогексаноноксима к реакционной смеси,содержащей капролактам и серную кислоту, с использованием смешивающего устройства, включающего(i) трубопровод, через который протекает реакционная смесь, и (ii) каналы, расположенные вокруг трубопровода и открывающиеся в трубопровод, включающий пропускание реакционной смеси через трубопровод и подачу циклогексаноноксима в реакционную смесь через один или более указанных каналов,где Re5000, причем Re является числом Рейнольдса, определяемым соотношениемV - скорость реакционной смеси, причем V определяется как W/A, где W - скорость потока (м 3/с) реакционной смеси, которая подается в трубопровод, и А - площадь поперечного сечения трубопровода(м 2) на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод;D - диаметр трубопровода на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод, м;- вязкость реакционной смеси, которая подается в трубопровод, Пас.-8 009600 2. Способ по п.1, где Re10000. 3. Способ по п.1 или 2, в котором соотношение w/W0,05, где w - скорость потока (м 3/с) циклогексаноноксима, подаваемого в реакционную смесь через один или более указанных каналов, и W - скорость потока (м 3/с) реакционной смеси, которую пропускают через трубопровод. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором соотношение v/V составляет между 0,1 и 20, где v - скорость (м/с), с которой циклогексаноноксим подают в реакционную смесь, V - скорость реакционной смеси на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод, причем V определяется как W/A, гдеW - скорость потока (м/с) реакционной смеси, которую подают в трубопровод, и А - площадь поперечного сечения трубопровода (м 2) на уровне, где указанные каналы открываются в трубопровод. 5. Способ по п.4, где v/V составляет между 0,2 и 1,8. 6. Способ по любому из пп.1-5, где смешивающее устройство содержит одну или более заглушек,причем один или более каналов закрывается заглушкой, и способ включает выбор v/V путем регулирования числа каналов, которые закрываются указанными заглушками. 7. Способ по любому из пп.1-6, где трубопровод в направлении потока сужается в первой части до горловины и за горловиной, необязательно, расширяется во второй части. 8. Способ по любому из пп.1-7, где предусмотрена система циркуляции, включающая (i) смешивающее устройство, (ii) холодильник для охлаждения реакционной смеси, (iii) соединительную линию,по которой реакционная смесь протекает от смешивающего устройства к холодильнику и от холодильника обратно к смешивающему устройству, и (iv) насос для поддержания реакционной смеси в состоянии циркуляции, где указанный насос расположен ниже по потоку от смешивающего устройства и выше по потоку от холодильника в направлении потока реакционной смеси, и способ включает циркуляцию реакционной смеси от смешивающего устройства к холодильнику и от холодильника обратно к смешивающему устройству. 9. Способ по любому из пп.1-8 включает сбор реакционной смеси, выходящей из трубопровода, в коллекторную емкость. 10. Способ по п.9, где смешивающее устройство включает регулируемые заглушки и где трубопровод проведен через стенку коллекторной емкости в точке ниже по потоку от заглушек в направлении потока реакционной смеси. 11. Способ по любому из пп.1-10, где соотношение M, определяемое как (nSO3+nH2SO4)/nCAP, составляет между 1 и 2,2, nSO3 - количество SO3 в реакционной смеси, моль; nH2SO4 - количество H2SO4 в реакционной смеси, моль; nCAP - количество капролактама в реакционной смеси, моль. 12. Способ по любому из пп.1-11, где реакционная смесь содержит SO3. 13. Способ по п.12, где содержание SO3 в реакционной смеси составляет по меньшей мере 2 мас.%. 14. Способ по любому из пп.1-13, где температура реакционной смеси составляет от 50 до 130 С.

МПК / Метки

МПК: C07D 201/04, B01J 19/26

Метки: посредством, способ, получения, капролактама, реакционной, смеси, примешивания, циклогексаноноксима

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/11-9600-sposob-polucheniya-kaprolaktama-posredstvom-primeshivaniya-ciklogeksanonoksima-k-reakcionnojj-smesi.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения капролактама посредством примешивания циклогексаноноксима к реакционной смеси</a>

Похожие патенты