Spôsob kryštalizácie 6-kaprolaktámu z organických rozpúšťadiel

Číslo patentu: 234952

Dátum: 15.01.1987

Autor: Kulla Štefan

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Cielom vynálezu je kryštalizácia 6-kaprolaktámu z benzénu, toluénu, trichloretylénu s adiabatickým odparovaním prchavých zložiek za teploty nižšej ako bod varu roztoku 6-kaprolaktámu. Tohoto sa dosáhne pri pracovnom tlaku 4 až 80 kPa a pracovnej teplote -10 °C až 50 °C. Kryštalizujúca zmes je v kontakte s rozptýleným plynom ako je dusík, oxid uhličitý, vzduch, alebo parami prchavých látok uvolňujúcimi sa účinkom vákua ako metanol, chlorid uhličitý, chloroform, prípadne čpavok.

Text

Pozerať všetko

3 MB PRO WNALY A OIIEVY(54) Spôsob kryštalizácie G~kaprolaktámu z organických rozpúšťadielCielom vynálezu je lsryštalizácia ô-kapr-olaktámu z benzénu, toluénu, tríchloretylénu s adiabatíckým odparovaním prchavých zložiek za teploty nižšej ako bod varu roztokupracovnom tlaku 4 .až 8 U kPa a pracovnej teplote -10 °C až 50 °C. Kryšt-alízujúca zmes je v kontakte s rozptýleným plynom ako je dusík, oxid uhličitý, vzduch, alebo paramí prchavých látok uvzolňujücímí sa účinok-om vákua ako metanol, chlorid uhličitý, chloroform, prípadne čpavok.vynález sa týka spôsobu kryštalizácie 6Používaním B-kaprolaktzímu ako monomé ru k výrobe jemných polyamidových vlá kien na kontinuálnych polymeriza-čných a zvlákňovacich linkách sú plne opodstatnené vysoké nároky na čistotu tohoto výrobku.Vysokej kvality ô-kaprolaktámu dosahujú jeho výrobcovia nielen vysokými nárokmi na čistotu používaných surovín a neustálym zdokonaľovaním technológie a zariadení na jednotlivých operáciach vlastnej syntézey,ale i prehlbovaním a zdokonalovalnĺm účinnosti a efektívnosti čistiacich operácií.Stále častejšie sú uvádzané informácie o doplňovaní dnes už klasického čistiaceho postupu dvojstupňnovej extrakcie za použitia organickéłio rozpüštadla, ako benzén,trichlóretylén, toluén v prvom a vody v druhomstupni extrakcie, zahusťovania vodného extraktu, odvodňovania a vákuovej rektifikácie na filmových odparkách o nové čistiace operácie, ako je hydrogenácia, iontomeniče a spracoválvanie za pomoci rôznych prísad ako KMnO 4, aktívneho uhlia a pod.Velká pozornost je venovaná i prehĺbeniu čistenia kawprolaktámu pomocou jednej z najstarších metód čistenia kryštalizácie.Z odbornej literatúry je známe úspešné prevádzkové zvládnutie čistenia G-kaprolaktámu kryštalizáciou z vody, alebo z jeho taveniny, nie je však známy pripad prevádzkovej realizácie čistenia G-kaprolaktámu z jeho roztokov V organickom rozpúšťadle, hoci patentová literatúra Livzltlza celú sériu chránených postupov. je pritom nesporne, že čistlaci. postup založený na kryštalízácli 6-kanprolaktámu z torganického rozpúšťadla,použitého ako extrakčné činidlo na prvom stupni extrakcie, je po energetickej stránka výhodnejší, ako čistiaci postup zahrňujúci kryštalizáciu ô-kaprolaktamu zo zahusteného vodného extraktu, získaného na druhom stupni extrakcie.V oboch prípadoch je totiž nutné extrakty zahustovat, pričom výparně teplo vody je 5- až 10-násobne vyššie ako výparné teplá organických rozpúštadiel. Dôvod-om uvedeného rozporu je zrejme lepšia možnost prevádzkového zvládnutia kryštalizácie G-kaprolaktámu z vodných roztokov.V doteraz publikovaných prácach venovaných kryštalizacii kaprozlaktámu z organických rozpúštadiel je popisovaný spôsob kryštalizácie prevadzaný za atmosferického tlaku s odvodom kryštalizačného tepla bud nepriamym chladením čs. pat. č. 126 518,145 760, 146 116, alebo priamym chladením pomocou komprimovaného čpavku čs, A.0. č. 161 608.V prípade nepriameho chladenia sa v konkrétnom prípade kryštalizácie G-kaprolaktámu z organických rozpüštadiel vyskytuje mimoriadne závažný problém inkrustácie chladiacich plôch tepelných výmennikov. Z uvedeného dôvodu sa dosiaľ nepodarilo v 4prevadzkovom merítku realizovať kryštalizáciu ô-kaprolaktámu z organických rozpúšťadiel.závažný .problém inkrustácie chladiacich plôch je riešený V čs. AO 161608 priamym chladením na kryštalizujúcej zmesi skomprimovaným čpavkom.Kryštalizačné teplo je v tomto prípade odvádzané na úkor výparného tepla kvapalného čpavku, respektíve priamym chladením kryštalizujúcej zmesi studeným komprimovaným čpavkom. Malá časť kryštalizaxčného tepla je -odoberaná i nasycovanním odvádzaných čpavkových pár parami organického rozpüštadla.Pri rozvíjaní kryštalizácie kavprolaktámu z organických rozpúštadiel spôsobom podľa čs. A 0 161608 boli zistené jeho vedľajšie negatívne účinky ako lokálne podchladzovanie kryštalizujücej zmesi V mieste prívodu a expanzia komprimovaného čpavku spojené so vznikom velkého množstva kryštalizačnýc-h zárodkov, významná rozpustnost čpavku v matečnom roztoku sťažu-júca spracovanie matečných lúhov a možnost znečistenia kryštalizujúcej zmesi stopami oleja prítomného v skomprimovanom čpavku.Teraz bolo nájdené, že všetky nedostatky doteraz známých postupov kryštalizácie 6-kaprolaktámu z organických rozpúštadiel ako benzén, toluén, trichlóretylén možno odstrániť spôsobom kryštalizácie s odvodom entalpického a kryštalizačného tepla adiabatickým ordparovaním prchavých zložiek privâdzaných roztokom S-kaprolaktâvmu za teploty nižšej ako je bod varu nasýteného roztoku B-kaprolaktamu v organickom rozpúštadle pri pracovnom tlaku podla vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že sa uskutočňuje vo vákuu pri pracovnom tlaku 4 kPa a pracovnej teplot-e ~ 10 °C až 50 °C s tým, že kryštalizujúca zmes je v kontakte s jemne rozptýleným plynom prlvádzaným do kryštalizujúcej zmesi, alebo parami prchavých látok uvolňujúcimi sa účinkom vákua z roztoku G-kaprolaktámu privádzaneho ku kryštalizácii. v Ako plynu privádzaného ku kontaktuis kryštalizujúcou zmesou sa použije ľubovaonľný plyn alebo zmes plynov s chemicky inertným chovaním voči kryštalizujúcej zmesi za vyznačených pracovných podmienok ako dusík, oxid uhličitý, vzduch, prípadne čpavok.Ako prchavej látky uvoľňujúcej sa účinkom vákua, z privádzaného .roztoku 6-kaprolaktámu sa použije ľubovoľná látka rozpustná v privádzaoom roztoku S-kaprolaktámu v množstve vytvárajúcom za teploty 25 °C .nad týmto roztokom parciálny tlak pár v- rozmedzí 5 až 95 kPa ako metanol, chlorid uhličitý, chloroform, prípadne čpavok.Spôsob kryštalizácie podľa vynälezu umožňuje riešit kryštalizáciu G-kaprolaktamu z organických rozpúštadiel .postupom blízkymekonomicky najefektivnejšiemu obecnémíi riešeniu kryštalizácie látok z roztokov vákuovým odparovaním rozpúštadla. Použitie tJvb-ecného riešenia vákuovej odparovacej krýštalizácie B-kaprelaktámu z organických rozpüštadiel ako je benzén, trichioretylén a toluén je prakticky vylúčené pre veľkú teplotné depresie roztokov S-kaprolaktámu v uvedených rotzpúštadlách, Kontaktom kryštalizujiícej zmesi výstavenej účinku Vákua s jemne rozptýlenýni plynom dochádza k odnparovaniu prchavých látok prítomných V kryštalizujúcej zmesi za teploty nižšej ako je bod varu nasýteného roztoku B-kapr-olaktáinu v organickom rozpúštadle pri dan-om vákuu, čo zásadným spôsobom ovplyvňuje možnost získavania kryštalickéh-o ô-kaprolaktámu z jeho roztokov v organických rozpúštadlách Iystavených pôsobeniu vákua.Malé bublinky plynu privádzaného spravidla o teplote vyššej ako je pracovná teplota kryštallzujúcej zmesi sa rýchlo nasycujú parami prítomných prchavých látok za súčasného zväčšovania svofho objemu a stykového povrchu medzi nimi a lírýštalizujúoou zmesou. Tým dochádza k rovnomerněmu odpar-ovalniu prchavých látok a vytvá raniu žiadúceho presýtenia roztoku prak ticky v celom objeme kryštalizujücej zmesi. Presýtenie roztoku je okamžite odbúravané žiadúcim smenom, to jest na fest v celom objeme kryštaliznjúcej zlnesi jiritontného krýštálu S-kaprolaktámu.HIb-ka vákua rozhodujúcou mierou ovplyvňuje nutné množstvo dávkovaného plynu. Čím hlbšie je vákuum, tým menšie je nutne množstvo dávkovaného plynu.Na prívod a rozrptylovanie plynu je výhodne využiť vákuum, ktorému je vystavená kryštalizujúca zmes.Z praktických dôvodov je účelne precovat za pracovného tlaku ľahko zaistitelného prevádzkou vodokružných vývev.sprievodným znakom spôsobu kryštalizacie podla vynálezu je nutnosť používania vvýkonnejších zariadení na odsávanie používania výkonnejších zariadení na odsávanie používaného plynu obohateného o odparené prchavé látky. Táto operácia je spojená s vyšším príkvonom energie ako u klasickej vákuovej kryštalizácie.Spôsob kryštalizácie podľa vynálezuvšak umožňuje vyšší príkon energie použitý na vytváranie vákua a jemné rozptyľovanie plynu vhodne využiť na zabezpečenie potrebného premiešaxlania, respektíve cirkulácie krýštalizujúcej zmesi bežne prevádzaného pomocou miešadiel alebo čerpadiel, čím je možné celkový príkon energie udržať ,na rovnakej, alebo nižšej úrovni ako v obecnom prípade.Charakter spôsobu kryštalizácie podľa vynálezu umožňuje dokonale využiť entalpické i kryštalické teplo na žiadúce odparovanie organického rozpüštadla. To v porovnaní so spôsobmi ochladzovacej kryštalizácie umož 6.řiuje do stupňa kryštalizácie privádzat podstatue menej koncentrovaný roztok B-kaproLaktámu v. organickom rozpúštadle. Uvedena okoln-cst má v konkrétnych prípadoch ďalekosiahly význam, nakoľko dovoľuje preyádzat zahustovanie roztokov ô-kaprolaktáIan v organických rozpúštadlách bežne ziskavaných extrakciou pred ich vstupom do kryštalizácie za nižších teplôt, teda z hľadiska známych možností priebehu vedľajších reakcií B-kaprolalktámu s rozpúštadlami za šetrnejších podmienok.Vyššiu Lnenasýtenosť ku kryštalizácii privádzanéh~o roztoku ô-kaprolaktämu možno eine využít k oproti bežnej praxi vyuššiemlu a účinnejšiemu .ovplyvňovaniu velkosti .a tvaru vyrananého kryštáiu bez ďalších nákladov. na známe postupy regulácie granulomertrickéhrx) zloženia kryštálu odtaho-m a rozpúštaním častí kryštalizačných zárodkov.Ďalšou výhodou spôsobu kryštalizácie podla vvnálezu oproti ochlad-zovacím spôsobom je vylúčenie možnosti postupného zvvyšovania obsahu vody v niatečnom roztoku. je totiž známe, že V zahustených extraktoch ö-kaprolaktámu v organických roznpúštadlách sa bežne .nachádza voda, respektíveprchavé nečistoty ako napríklad amíny,prípadne čpavrok alebo alkoholv bežne používané, napríklad na stabilizáciu trichlůretyléwnu. Uvedené prchavé nečistoty zvyšujú rozpustnosť B-kaprolaktámu v organických rozpúšť-adlách a v prípadoch ochladzovacej kryštalizacie ô-kaprolaktámu môže postupné zvyšovanie obsahu týchto látok v matečnom roztoku iviest k znižovaniu výkonu kryštalizačnej linky až k nutnosti jej odstavenia.Postupom kryštalizácie podľa vvnálezu je-táto možnost vylúčená, lebo vákuovým od parovaním rozpúštadla dochádza súčasne i k cdparovaniu prchavých látok prítomných v kryštalizujúcej zmesi, takže je vylúčené zvyšovanie ich koncentrácie v matečnom roztoku.Posledne uvádzaná okolinost môže být Využitá i ako alternatívna možnost postupu kryštalizácie ô-kaprolaktámu podľa vynálezu.Ak totiž roztok G-kaprolektámu ov organickom rozpúštadle bude obsahovat okrem uvedeného »organického rozpúštadla i určité množstvo prchavej látky, vytvárajúcej za pracovnej kryštalizácie nad pracovným roztokom. vyšší parciálny tlak ako hlavné o-rg~anické rozpúšťadlo dôjde účinkom vákua k uvorlňvovaniu rozpustenej prchavej látky z privádzaného roztoku B-kaprolaktámu vo forme jemných bubliniek, ktoré sa následne nasýtia parami hlavného organického rozpúštadia. Použitá prchavá látka teda zohrá podobnú úlohu ako jemne rozptylovaný plyn.Tlakouto» prchavou látkou môže byt ľubovoľná látka s vyššou prchavostou- ako .hlav 234952né použité rozpúšťadlo. Môže to byť napríklad metylalkohol, chlorid ľlhlĺčĺľý, chloro form, prípadne i čpavolą.e však zrejmé, že táto alternatíva kryštalizácie podľa vynálezu je ekonomicky menej efektívna ako postup, v ktorom sa používa iba plyn, nakolko v~ prípade použitia plynu sa dzlsahujs vyššieho žľadťiceaho odparovania hlavného orgarlš.ck~l 1 o rozpúšťadla. V uvedenej alternative musí byt časť entalpického a kryšta j ho tc-pla venovaná na odparenie, alebo r, sorbcíu použitej prchnvej látky,čím je žiarlúce odparovanii rozpúšladla niž Možná je i celá rada dalších alternatívnych piostupov kryštalizácie založených na súčasnom používaní plynu a prchalvej látky.Problémom s výskytom plynu znečisteného organickým rozpúštadlom možno predísť zavedením recyklu používaného plynu. Z uvedenného rozboru detail-ov spôsobu kryštalizácie G-lraprowlaktamu z organických rozpúštadiel ako benzén, toluén, trichlörctylén podľa. vynálezu možno vidiet mimoriadne účelne zjednotenie o sebe známych poznatkov z oboru kryštalizácie do nového postupu, ktorý pri -overovani pre-kázal prekvapujúco priaznivé výsledky.Do laboratórnehlo kontinualne pracujúceho kryštalizátora objemu 6 l, obsahujúcelro suspenziu kryštálu G-kaprolaktámu o koncentrácii približne 300 kg/Inä a jeho nasýtený roztok v trichlóretyléne bol v 4 množstve 7000 g/h privádzany roztok B-kvapitolaktámu v trichloretyléne o teplote 32 °C, obsahujúci 45 0/0 hmotnostuých ô-kaprolaktárnu. Do spodnej časti kryštalizátora bod cez ditúzor prisavany a jemne rozptylovaný vzduch o teplote 30 C v množstve, zabezpečujúcom udržanie teploty suspenzie v kryštalizátore na hodnote 25 °C, pri súčasnom odsávaní plynných zložiek z vrchu kryštalizátora, zvabezpečujúcom udržovanie pracovného. tlaku v. kryštalizâtore na hodnote 10 kPa.Suspenzia kryštálu a matečného roztoku,odtekajúca v priebehu hodinového bilančneho pokusu, vážila 5810 g. Po filtrácii cez Büchnerov. lievik a vysušení bolo získané 1830 g kryštálu o priemernej velkosti zrna 0,6 nim. Matečné lúhy obsahovali 42 0/0 hmotnostných B-kaprolaktämu. Kryštálky B-kaprolaktámu mali zagulateny tvar.Do laboratórneho kontinuálne pracujúceho kryštalizátora objemu B l, -obsahujúceho suspenziu kryštalického S-kaprolaktámu o koncentrácii približne 250 kg/m 5 a nasýtený roztok ô-kaprolaktzimu v toluéune bol vmnožstlve 6000 g/h privádzasný roztok ô-kaprolaktámu v toluéne o teplote 40 °C obsahujúci 42 0/0 hmotnostných G-kaprolaktamu.Do spodnej časti kryštalizátora bol cez škrtàaci ventil a diíúzor prisävený dusík o teplote 30 °C v- množstve zabezpečujücom udržovanie teploty kryštlalizujúcej zmesi v rozsahu hodnôt 25 až 30 °C. Odsávaním pár zvrchu kryštalizátora bol v zariadení udržovaný pracovní tlak 10 kPa.Suspenzia kryštálu a matečného roztoku odtekajúca vv priebehu hodinového bilančného pokusu vážila 4950 g. Po fíltracil cez Büchnerov lievik a vysušení bolo získané 1150 g kryštalickéh-o kaprolaktámu a 3680 g matečných lúhov obsahujú-cich 34 hmotnostných ô-kaprnolaktámu.získaný kryštál mal mierne zagulatený tvar a priemerná velkosť zrna bola 0,7 mm.Do labo-ratórneht kontinuálne pracujúceho »kryštalizatora objemu 6 l, obsahujúceho suspenziu kryštalického ô-kaprolaktámu o koncentrácii približne 240 kg/m 5 a nasýteny roztok G-kaprowlaktámu v trichlóretyléne bol v množstve 6000 g/h privádzaný noztok 6-lçalprolaktámu v trichlöretyléne o teplote 30 °C obsahujúci 42 hmotnostný/ch 6-kiaprolaktámu a 0,6 9/0 hmotnostný-ch čpavku.Odsávaním pár z vrchu kryšt-alizátora bol v ňom udržiavaný pracovný tlak vs rozsahu 8 až 12 kPa.Účinkorn pracovného tlaku dochádzalo k uvoľňovaniu rozpusteného čpavku a intenzívnemu odparovaniu rozpüštadla pri teplote kryš-talizujúcej zmesi v rozsahu 20 až 25 °C. ASuspenzia kryštálu a matečného roztoku odtekajúca v priebehu 1 hodinového bilančného pokusu vážila 4980 g. Po jej rozdelení filträciou .a vysušení kryštálu bolo získané 1220 g kryštalického B-kraprolaktámu so zagulateným tvarom kryštálového zrna -o priemernej velkosti 0,8 mm a 3725 g matečných lúhov obsahujúcich 44 hmotnostných 6-kaprolaktámu a 0,04 °/) hmotnostné čpavku,

MPK / Značky

MPK: B01D 9/00

Značky: organických, rozpúšťadiel, spôsob, kryštalizácie, 6-kaprolaktamu

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/5-234952-sposob-krystalizacie-6-kaprolaktamu-z-organickych-rozpustadiel.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob kryštalizácie 6-kaprolaktámu z organických rozpúšťadiel</a>

Podobne patenty