Bereiding van caprolactam uit cyclohexanon

l

~

~

!! , - I . \ ,cr:-~~~

!

:

0

~

-11

1

I ! _ --1 i NálH I ---.-~ CAPRnL,A(TAM

_

19t.1

r

BcRFlfllNG

V

AN

CA

r·

r;~AC

TÄ

M

R.ZUNNEREkG

- - --- - -

---DE BEREIDING VAN CAPROLACTAM UIT CYCLOHEXANON.

R.ZUNNEBERG

Dr.H.COLIJNLUN

120

INHOUD

:

---pagina 1. A) Inleiding B) MOgelijke processen

a.

c)

Proceskeuze

3.

~~

Grootte en plaats. van de fabriek Technische uitvoering van het proces

5 ...

!~

Materiaalbalana

Warmtebalans

7.

~~

!ifpara tuur teriaalkeuze

8.

K)

Li

tt era tuur-opgave

.

A}

!~!!!~!~!

(litt. 1 t.m.

5)

C.aprolactam is het, lactam van f-aminocapronzuur -

H2N~)

-COOH--Het wero. in

1899

voor het eerst gemaakt door S.Gabriel en

Th.A.~sz

(f).

Zij verhitten daartoe E-aminocapronzuur. Na vacuumdestillatie van de

reac-tieprod:~cten verkregen zij het caprolactam. In 1900 maakte O.Wallach (2) hetfcaprolactam uit cyclohexanonoxim. Hij behandelde dit oxim me.t geconcen-treerd zwavelzuur. Deze reactie, welke thans hekend staat onder de naam lt1Jeckmann-omlegging".vormt de ~8 van de uiteindelijke: technische JZ'Oduc-tie van het lact~

In 1930 beschrijft Carothers (3).hoe door verhit~ing van de etbylester van €.-am1nocapronzuur b.d.j een temperat\nU' van 160-200 C • eveneens het lactam wordt gevormd. Hij vestigt tevens de aandacht op het capronzuur voor de be-reiding van hoogmoleculaire producten.In de hierop volgende jaren ontstaat een stroom van patenten met als doel de bereiding van caprolactam of van de tussenproducten voor deze bereiding.

Caprolactam is sinds de tweede wereldoorlog een belangrijke: grond.tof voor de; n,ylonfabricege.Het is he.t monomeer van II,Ylon-6,dat omer aeer tot

1.

garen kan worden versponnen, waarvan weefsels van goede kwaliteit gemaakt kunnen worden.ln Nederland wordt het caprolactam geproduceerd door de Staatsmijnen in Limburg.De ~K.U. v-"erkt het lactam verder tot Ii,Ylon-6(Eokalon).

De polymerisati.e van caprolactam wordt ui tge.voerd bij 25QoC onder ui t-slui ting van zuurstof .Als versnellers gebruikt men sporen wUer en zur,lonzout

(hexametbyleen-diadipinaat).De ligging van het e.venwicht tussen monomeer en polymeer is afhankelijk van de temperatuur. Bij 2500C bevat h.~ e±ndproduct nog ±12% onomgezet monomeer.Deze hoeveelheid monomeer wordt door koken met water uit het po~erisaat verwijderd.

i;n nieuwe.: toe_passing vindt caprolactam bij de 'bueiding van llyarine.·

(1,5-di-aminopentaancarbonzuur-1).Dit is een belangrijke grondstof voor

ed-witten(Staatamijnen) ••

Zuiver cap:slactam is een witte. s,tof(sm.pt

10~,kpt.

13900; bij12mm Kg,

a.g. 1,02 bij 15 C).ne zuiverheid van caprolactam als grondatof voor de I\Ylon-fabricage is van groot belang.Verontreinigingen in het capr~lactam leiden

tot een ongunstige polymerisatiegraad van het ~o~amide.Ook de:kleurbestendigheid van het polyamide wordt er ongunstig door "'invlOed.

B)

!2i!!!J!!_E~=!!!!~

1) Het Beckmann-procea: (litt. 6 t.m. 11)

Hierbij kan men ultgaan van benzeen of van cyclohexaan. In beide &,evallen i . cyclohexanon een van de tua.enproducten.

a) Uitgaande van benzeen wo:rd t eerst via mOIlO-chloorbenzean het ' -enol gemaakt. Het fenol wordt l i l sehydrogeneerd met wateratof met behulp van een

ZD-Fe-katalysator bijo150 C en

25

atm.Bet hierbij gevormde cyclObexanol wordt Ter-volgena bij 400 C éI1 normale druk geox,ydeerd mat h1.cht, eTeneeni! over een

Zn-Fe-kataly.ator~tot c~clohexanon.

'lal} Uitgaande van cyclohexaan verkrijgt men door oxydatie e.en mengael van

cyclo-hex~ol eB c~cloàexanon.Deze oxydatie kan zowel in de

Yloeietoff~e(bij120-150 C onder druk met een Co-Mn-kat.)als in de gasfaae(bij300-500 C met een

~ Q-kat. ) worden wi tgevoerd.liiet c~clohexanol uit dit meng.el wordt teIl810tte g:&ehydreerd tot cyclohexanon bij 250-3000C

en

normale druk m.b.v. eenCij-kat. Hierbij ontstaat tevens adipinezuur.

De omzetting van cyclohexenon in caprolactam verloopt als volgt:Eerst wordt het cyclohexanon met bydroxylaminesulfaat(H.A.S.)en ammoniak omgezet in het cyclohexanonoxim:

"L

~l..

C. - C /

"

""

I.

C C

-=

N-ot1 , C.

-c /

H\,.

Hl-Hierna wordt het oxim behandeld met geconcentreerd zwavelzuur,.aardoor

bat

volgens 1!eckmann wordt omgezet in caprolactam:

~ ~~-~, C - c

"t1-,so"

w 'c./ Hl. Hl. /C--= 0

/'

'c -

N -011 - ? ''&-~~ . /

-

--'~-c...~

" , W H

2) Bet Snia-tiscoaa-proces:(litt.

15)

cH~--

e

H

,

2.

Dit pro.es,dat ontwikkeld

ia

door de Snia Viaco.a(Societa Nazionale Indu-stria .!pplicazioni ViacoH. te Milaan) "is gebaseerd op de reactie Tan hexahydro-bezolzuur met zuur nitrosylsulfaat:

til- HL 0

/,C - 4 ,~_ C. Q

+

SO OHONO ----'> \~""" +- CO,.1.. + ti;l50~

104<. ,; 'OH :L

" ... c. - c:.

De

ree.(rU.~woJl

uitgevoerd in olEWm lDij een temperatuur van ±100°(1 onder

:nor-maJLe druk.Hat rendement y,an dit proces is, hoog,maar daar ataat tegenove dat hexahydrobenzorzuur als uitg8.Il&'sstof zeer duur ia.Gaat aen lA;.v. uit van

hexa-hydrot~lueen,dat veel lager in prijs ia,dan ia het rendement aanzienlijk lager.

}) Proces op basis y,an nitro-cyclohexaan(Dupont):

Hierbij wordt nitro-cyclohexaan in de gasfase bij 150-450oC en

1-5

atm. over

een boorzu~of fosforzuuxkat.geleid.Naa.t caprolactam wordt ook benzeen

en

water

g~vormd.

Naast de hierboy,en genoemde processen worden in de litteratuur nog enkele andere mogelijkheden genoemd , maar deze hebben (nog) geen techniache betekems gekregen.

c)

Proceskeuae:

---Van de ollder B) genoemde processen heeft het Beckmann-proces het nadeel,dat het uit meerdere trappen lNstaat.Di t proces geeft dus vel'DlO-edelijk aanzienlijk hogere inveeteri1lgakosten te zien dan de twee andere processen.Een voordeel 'Ysn het Beckmann proces is echter"dat het eiIldproduct zeer zuiver is, terw:'ijl de één-trapsprocessen grote moeilijkheden te zien g,even bij de zuiverillg 'Van het ruw. lactam •

..la.ngezien van de twee laatste processen geen technische gegevens bekend zijn,

ia een nadere kostenvergelijkillg onmoi.lijk.Wel staat vaat,dat de Fijs 'Yan hua-bydrobenzolzuur(.f110.-/kg) als groIldstof 'Yoor het Snia-Viscoaa-proces zeer hoog is t.o.v. deprijs van het caprolactam(f26.-jkg).

Het Bookmenn-pzoces is het oudste proces,maar op dit ogenblik wordt het .ees-te caprolactam nog volgens dit Rroces gefabriceerd.Het lijk.t mij daarom--aede in verband met bovenstaande overw~en--alleszina gerechtvaawdigd Qm alsnog het

Beckmann-proces als 'b.aais voor de caprolactemfabricage te gebruiken.

Een uitvcerige beschrijving van het Beckmann-proces is te y,inden in enige C.I.O.S.-rapporten.B1erin wordt het proces weergegeven,zoal& dit door de I.G.-FarbUl-Lnustriep.n Duitsliand werd uitgnoeTd in de laatste oorlogsjaren.De basis

-.&11 dit proces vormde f encD>l,. verkregen door bydrogenerimg van bruinkool.. Na de oor-leg zij)1 in dit proc es y,eell verbeteringen a.a.ngehracht.

t i j de uitvoering van het Beckmamn-proce& is, zoals gezegd, cyclohuanon steeds

éln

'Van de' tussenproducten.In de V.S.van

.erika

is cyclohexaan veel goedkoper dan benzeen,zodat men daar het cyclohexanon uit cyclohexaan ma.8kt.In ihropa wordt

,,!

\,~ , ....

'

'1 ;:-'

, "

benzeen als uitgangsstof nog steeds toegepast,hoawel cyclohexaan hiu d~a.ats:te j aren ook goedkoper is dan benzeen.

Uitgaande van het zo verkregen cy,clohexanon(95% zuiver)zijn de laatste twee trapptn 'Van het Be:ckmann-prooea steeds:

10 de oximering,

o u

en 2 deIlBeckmann-omleggillg. I ((((

?

• De verontreinigingen in het oyclohaxanon storen hierbij niet. f ,I,,{ -

.'

, ,

,

' r

D)

~~~!!!-!!'-Im~:~-!~_~!_f~:~~!

e

In Duits Adroeg de prouuotie van caprolactam aan het einde~ van de 2 wereldoorlog 6000ton per jaar. Tegenwoordig is de productie veel groter. In

1954

'terd door de Staatsmijnen in Limburg een fabriek met een capaci tei t van 2000ton per jaar geopend.

In verband met het movenstaaDde zal ima di t proeesschema worden uitgegaan van 200kg eyclohaxamn(ruw)per uur.Di t leidt tot een productie '9Ian 175.Dton capro-lactam per j,aa.r.

De fabriek kan het beste worden geplaatst in de nabijheid "9lan een olie-raf'fi-naderij of .. an een atseIlkolekmdjn.Cyclohexanon Wordt n.l. gefabriceerd door olieraffinaderijen(uit cyclohexaan of uit benzeen)en door kOlenmijnen(uit ben-zeen).De kosten yan cyclohaxanon als grondstof voor de caprolactamfabrieS89 zijn dan het laagst.

-'.ls di t onmogelijk is, dan moet de fabriek in ieder geval in de onmiddellijke mabijheid van goede water- of a.poorwegen worden geplaatst om een goede aaJlYoer van eyclohexa.:non in vaten mogelijk te maken. Goede afvoerwegen zijn ook belaDgrijk, indien het caprolactam elders lIOrclt verwerkt tot nylon-6.

E)

~.c~!~~!_~~~!E!~_!8.!,l_~~..i~~!!a ~

litt. 12 , 16 t.m. 18)

ëyelohexamn wordt met een ~droxyïaminesulfaaioplos.iDg(~-'..S.) geleid in

een ta.nkreactor,welke geroerd wordtOp verBchillem~ hoogten van de reactor word tln:ï-eeîCäiiiinoniakoplossiDg in de reactor gepompt omhat oIÎtat811e awavel-zuur te: neutraliaeren.De reaotoE wordt uitwemig gekoeld mat wat.er.De tempera-t1ll.1lr' wordt gehandhaafd op 45-55 C.Bet aehele }xooes wordt titgnoerd Clmder nor-male druk.De a1l'JIl&tingen van de raactor zijn zodanig gekozen,dat er 8en"flo.w-rate" 'Van 0, 35 liter per liter reactorvolume ontstaat.

Ui t de reactor stroomt een slurry 'Y&n oocim in water.Bat Qnm wordt :in. een contiIJU.t roterend iroDlllelfil ter afgefil treerd en gaw.e.uen mat water.Het g,ewassen

ox~m-wordt vila een lopende band getransporteerd naar een .melttank(temperatuur 90 C).Ret gesmolten _im wordt door centrifugeren gescheiden van de nog aanweüge waterfase.

Het oxim,dat de centrifuge verlaat,wordt4vervolgens via een goed galsoleerde buffert ank: naar de tweede reactor gepompt, waar de Deckmann-omleggi:ng plaat.

n.oot.

Het waswater en het filtraat van het troDlllelfil ter stroomt in a'en. opvangtallk:. Ook het water,dat de centrifuge verlaat,atroomt :iin de.ze tank.Deze totale hoeveel-heid water bevat nog vrij veelonomgezet cyclohexanon an aan hoeveelhoeveel-heid opgelost oxim.Men kan deze beidi: 8toffen hierui t terugwinnen door de waterl'ase te extra-heren met benzeen bij 50 C.De benzeenfase,die de extractie-kolom verlaat,wordt

tenslotte gedestilleerd,waarna het benzeen,dat de~op van de destillatie-kolom verliaat,.opnieuw naar de axtractie-kolom wordt geleid.Bij juist gekozen condities is het mogelijk om het o~m en het cyclohexanon practisch volledig terug te winnen. Beze ho.veelheid oxim en cy,clohexanon, die als ketelproduct de de8tillatie~olom

verlaat,wordt terug-gepompt naar de oximerings-reactor.

Het bodemproduot "flan de extractie-kolom(de waterfase}bevat een grote hoeve, el-heid ammoniumsulfaat.Deze waardevolle kunstmeststof k&n,m.b.v. een verdamper en

, l

De Beckmann-omlegging in de tweede reactor gaat gepaard met een sterke en plotselinge warmte-ontwikkeling(AHz-45kcal/mol),zodat in korte tijd een grote hoeveelheid warmte vrijkomt~die snel moet worden afgevoerd,daar anders gevaar voor explosies optreedtof ontledingsproducten gev~rmd wOrden,die later moeilijk uit het eindproduct verwijderd kunnen worden.

6m een goede en snelle koeling te verkrijgen wordt de omlegging uitgevoerd in een oplossing van reeds gevormd lactam,terwijl een grote hoeveelheid van deze vloeistof via een koeler--buiten het reactievat--wordt rondgepompt.

Een tweede belangrijke vool!'Waarde is een goede en vooral snelle memging.

Om

dit te bewerkstelligen wordt gebruik gemaakt van een speciale mengkamer, welke in het reactievat is geplaatst.Deze mengkamer bestaat uit een lichaam, waarin een rotatiekamer is uitgespaard.Hieraan is een tangentiUel gerichte toevoerleiding van reeds omgezet lactam(in zwavelzuur) aangebracht.De druk

in deze leiding bij de invoer van de mengkamer is

2i

ato.Axiaal is een zuigleiding aangebracht, waardoor het gesmolten oxim wordt toegeveerd.De vorm en de afmetin-gen van de rotatiekamer zijn zodanig,dat de caprolactam-oplossing hierin een snelle cycloonstroming doorloopt.Bet oxim wordt in de as van de: cycloonstroming toegevoerd.De toevoerbuis van het oxim is tegenover de afvoeropening van de rotatiekamer gelegen.

n.

dosering van het geconcentreerde zwavelzuur geschiedt elders in het \' circui t.Door het circuit wordt een mengsel van twee delen ca.prolactam en drie \ t'l ,J

delen zwavelzuur gepompt.De temperatuur van de circulatie-vloeistof is 1100C :. . I bij intrede in bet reactievat en 12.50C bij ui ttrede.Aan dit mamgsel wordt oxim I ' \> (, C _.

en gecoccentreerd zwavelzuur gedoseerd in de gewichtsverhoudi~ 2 : ,. . .. De omzetting van het oxim in caprolactam is volledig en uiterst snel.Het

eindproduct(caprolactam-zwavelzuur mengsel) stroomt continu af door een overloop. Bet ruwe caprolactam-zwavelzuur mengsel wordt via een opvangtank geleid naar een neutralisatie-vat. Het wordt hier geneutraliseerd met een ammoniakoplossing. Teneinde een goede koeling te verkrijgen wordt een grote hoeveelheid van het reeds geneutraliseerde caprolactam rondgepompt door een koeler,welke buiten •• xrwwx he~

neutralisatie-vat is geplaatst.Een deel van het geneutraliseedde caprolactam wordt

continu afgevoerd naar een vloeistofscheider.De olielaag,welke bestaat uit gesmol-ten caprolactam en een deel van bet bij de neutralisatie gevormde ammoniumsulfaat, verlaat de top van de afscheider.Deze hoeveelheid ammoniumsulfaat moet nu eerst verwijderd worden, omdat anders bij de nu volgende vacuumdestillatie van de olie, door ontleding van het sulfaat veel caprolactam verloren gaat in de vorm van

ont-ledingsproducten in het residu van de destillatie.

De v10eistof,welke de bodem van de afscheider verlaat,beetaat uit een practisch verzadigde ammoniumsulfaatoploesing.Ook hier kan door indampen en uitkristalliseren bet bijproduct worden verkregen.

De verwijder~ van het ammoniumsulfaat uit de olie geschiedt door intensief mengen met een NaOH-oplossing in een geroerd reactievat.De waterige oplossing van Na

280

_D~

wordt door centrifugeren afgescheiden van de nu gezuiverde oUa. opbrengst van Na

2SO blijkt in de practijk--mede in verband met de relatief lage verkoopsprijs,die men

4

er voor kan vragen--niet lonend ta zijn,zodat de Na

2S0

₄

-oplossing,die de centrifuge verlaat, in bet riool wordt afgevoerd. . ,', .'

,\\ ( \ . ,

.

" ' " '.

De vacuumiestillatie van de gezuiverde olie wordt uitgevoerd in batch.Telkens .

w.ordt een lading in de ketel van de destillatie-kolom gepompt, we'lke overeenkomt met een 1actamproductia van 24 uur.Om het lactam,dat als voeding voor de kolom ge-bruikt wordt, tijdelijk op te slaan, wordt een verwarmde tank gege-bruikt om te voor-komen, dat de olie vast wordt.

De destillatie wordt uitgevoerd bij g.en druk van 10 nm Eg.Eerst gaat een gerin-ge hoeveelheid water Cilver,.daarna bij 120 C het zuivere caprolactam.

-c'

S

~

~ 0 o c'

·

1

~

_!

(~ (I) _{III t.< 'i ~} IJ p. c+ 0 (Jtj (.J. _Il> I 0 til 0

~

(I) ... • c'

_•

... (I)

S.

ti 0 _{~ ~}

_S-

m 0 (I) _tJ"

•

_tJ" 1:1

s::

~ _~ oc+ ~ ~ EI ... _~~

I

Stofs,tromen in kg/uur.

~

_~.

g

~p.

g

~ ~~ I ~

_~

I

1:1

.

!

~ ... ~

I

EI

_!

I _I

-I

i

,

I

i i

10

I

190

organische voeding voor

1.

---

--

--

--- ---

---

---

_reactor

---

--

---

I

411

---I

---

---

214

---R.

A

.

S.-voeding voor reac-

2.

I

tor

I

ammoniakvoeding voor

---

}7~

---

,

---

70

}.

---

---

j I I

---

---reactor

i ,

!

Cl.

--

220

46,

,

2 819

:

,5

_,

239

_{,.5 I}

10

1},3

--

5,4

reotieproducten

4.

I"

I

---

---

---

100

---I

--

--

---

--

voeding waswater filter

5.

--

10,

0,2

20

221,5

Q,2

0,3

--

0,4

yoeding oentrifuge

6. I

2

:

10

46,0 14

·

99.5

18,,~

_I

9,8

1},0

5,0

waswater+filtraat uit

7.

----

---

_filter

!

-219

1

ox:improduot uit oentri-

8.

---

---

---

--

_I

_--

---

--

---fuge ,

i

waterfase uit centrifuge

--

1.0

0,2

2Q

_2:,5

I

0,2

O,}

---

0..4

9

•

.

I I

---

220.

46,

.

2 1519,5

20,,8 ,

10

13,3

---

5,.4

voeding extractie

10.

I I

581

---

---

---

---

i

---

--

---

---

bemzeenvoeding extractie

11.

(is destillaat)

581

---

---

--

20,,8

I

---

---

--

5,4

topproduot extractie

_{(is voeding destillatie)}

12.

I

-i

1

1174

---

---

--

---

r

e

fl

uoo

dastillatie

,

1

~.

i

--

---

---

---

,

-220

4',2 1519,5

:

10

1},

}

extractie

14.

---

---

i

---

---

_bod

_e

_mproduct

I _{- ---- -'} I i -

-I I

---

--~

---

---

20,8

I

--- -.-

---

5,4

ketelproduot destillatie

15.

MATERlAALru.LA.NS VAN DE LA.CTAMBEREIDIID.

---=:s

[

g

~

&

~~ 0

!

Il' Pl

«:

c+ c+

_{~ ~}

0 ti 11 0 co 0 ... 11

....

....

_a

_.

11

_\:!.

11 co 0 0

!

~

...

P'

...

~

~ c...J. ~ ~ ~

stof stromen in kg/uur

Ol

UJ~

~ Ol

g

c+

·

p. ~ ~ _~o

_.!!..

_~

~

Pl ~ '--"

....

=:s

«:

_p. ~

a

5

_...

~

_....

·

(I)

•

!3 I

16.

,

aximvoeding

---

---

---

---

---

---

219

---i - - -

- -

I-

-17.

1

circulatiehoeveelheden

~eactor

---

---

---

---

---

9300

---

4700

--_._- -'--- --- - - -- -

---18.

zwavel zuurvoeding

--

--

---

---

,

, _,

--

328

---

---, ,

19.

afvoer ruw lactam (=voeding

---

--- ---

---

---

328

---

~19

neutralisator)

--- - - -f - - - - ---'. - - '---"j

20.

circulatiehoeveelheden neutra-

---

---

1845

3651

--- --- ---

904

lisator

,

21.

ammoniakvoedimg neutralisator

--- --- ---

876

114

---

I

---

---I

22.

voeding afscheider

---

---

443

875

---

.

---

---

219

·

23.

bodemproduct afscheider

---

---

429,

'j

775,

---

---·

24.

topproduct afscheider

---

---

13

-

,3

99,

,

7

---

--- ---

219

---~-- - - -

----25.

NaOH-voeding

8,

,

3

--- ---

10

---

---

---

-

--26.

voeding centrifuge

---

14,7

---

113,

3,3

---

---

219

- - - f f

-27.

oliefase uit centrifuge

---

---

---

₅

---

_---

---

212

- - - -- -- - - - --- ._- -

-28.

waterfase uit centrifuge

---

8,2

---

114,(

3,

---

---

7

- - - _{I--- - -} -_ .. -

-·

·

.

, \

~. 'I" .' \ .

5.

Dit zuivere caprolactam kan --indien de nylonfabricage direct op de bereiding

van het lactam volgt --in gesmolten toestand naar de polymerisatie-afèeling worden

gepompt.Als de

pol~erisatie in

een andere fabriek plaats vindt,dan wordt het

zui-vere gesmolten lactam over koel

w

alsen

g

eleid.Het eindproduct is dan een vaste stof.

6pmerkingen:

1)Een voordeel van de neutralisatie met

NH~

((i.p.v. met b.v. NaOH)lis de vorming

va~NH )?~9l

,dat een waardevolle kunstmest5tefis en als zodanig een be:langrijke

ver

agt~ v~

de kostprijs van het caprolactam betekent.

)Er zijn verschillende pogingen gedaan om het ruwe lactam na neutralisatie te

zuiveren door extractie met chloroform of benzeen. Een nadeel hiervan istdat men na

de extractie toch weer het extractiemiddel door destillatie moet verwijderen.

3)liet zwavelzuur,dat bij de Eeckmann-omle

g

ging wordt gebruikt,bevat

2%

vrij SO}.

F)

~!~!!~!~~!~~!

in de litteratuur

z~Jn

slechts zeer weinig fysische gegevens vermeid,welke

vereist zijn voor een enigszins nauwkeurige berekening van dit proces.Daarom is

het in vele gevallen noodzakelijk gebleken om bep84lde aannamen te doen t.a.v.

voor dit proces vereiste fysische gegevens.Hierbij is steeds een vergelijking

gemaakt tussen de stof,waarvan de fysische gegevens ontbreken,en4een daarmee zo

nauw mogelijk verwante stof,waarvan deze gegevens wel in de litteratuur worden

vermeld.

Voor een materiaalbalans van het continue gedeelte van dit proces wordt

ver-wezen naar de tabel.

Batch-destillatie:

"

Er in gaat: 24)(212=

5088~~

lactam en 120 kg water

Er

uit gaat: 4800 kg

~ver,lactam,nadat

iierst 120 kg water is

overge-destilleerd.Aan het eiridvan de destillat

. . .

blijft er een

r~~idu

van

288 kg over.

Het rendement aan caprolactam,berekend op het aantal

kg-

zuiver cyclo-hexanon,

dat per uur wordt toegevoerd aan de eerste reactor,is nu 91%.

G) Warmtebalans:

---Aangenomen is,dat de reactiewarmte in de oximeringsreactor 25.10

3

kc al/kmo 1

cyclohexanon bedraagt. De totale reactiewarmte bedraagt dus 48.400 kcal/Uur.

R~ening

houdend met de temperatuurverschillen in de in - en uitvoer(resp. 20 en

55

0

C),blijft er

af

te voeren in de !:e!C!o!:

~8!OQO_k~ay~'U!.Deze warmte kan doo.

de wand worden afgevoerd.

. -

.

\'

In de

!m!l!t~ ~oet

toegevoerd worden

18!5QO_k~ay'~u~

om de slurry te

ver-warmen van 20 tot 90

c.

~L Het

verzamelde filtraat en waswater, dat naar de erlractiekolom wordt geleid,

'') tL\.'

moet wordeu aigekoe14

-

van

-

%)-tot 50

o

C.Biertoe passeert-hèt-een-kösler ..

aat~ ,

\

W2

0 _

k~ay~u~

moet worden afgevoerd.

-

- -,

\}1.1

V'L ' ,

-

De

!O!d!~~0!W~e::

van de

~e~t!l!a~i~kolom

most toevoeren

Z2QO_k~ay~u:.\ \,Uw,(\\'

Deze voeding wordt dan als vloeistof op kookpunt(80 C) in de kolom gebracht.

.---'

~c!-lLJ~Jrefluxverhou-6.

Ret destillaat wordt vervolgens gekoeld tot 500C en teruggevoerd naar de extractie-kolom.In de ~e!t!I!8!t~o!l!r_moet afgevoerd worden 12QO_k~a!1~U!.

Aan de ~e!e! van de destillatiekolllm meet !6I.QOQ ~c~ILu~_ toegevoerd worden. Bij de Beckmatnn-omlegging wordt 45.10 3 kc al/kmo 1 oxim ontwikkeld.Totaal geeft dit een warmte-ontwikkeling van 87.000 kc al/Uur. Rekening houdend met de verschillen-de in

f

uitgangstemperaturen mqet nog worden afgevoerd in de koeler buiten het

reac-!i!V!t_1~.QOQ !c!~u~!

-In de ~o!l!r_buiten de ~e~t!a~i!a!o! moet worden afgevoerd ~5!520_k~~/~~. Bij de berekening van de warmte-effecten bij de batch-destillatie is aangenomen een opwarmtijd (incl. het afdestilleren van het water) van één u~.Nadat al het water afgedestilleerd is duurt de destillatie van het lactam nog

b

-

uUn.

De ~ond!n!o! van de batch-kolom moet tijdens deze 6 uur afvoeren ~5!2QO_k2a!l~U!, als de rei'luxverhouding

=-t

is.

Voor het opwarmen van de voeding in de ketel is nodig 115.000kcal/uur.Tijdens genoemde 6 uur .tPl0et toegevoerd w.orden aan de ~eteà 12.2.

20Q

kc~lLu!:X! ieze laatste hoeveelheid

bepaal' de vereiste capaci tei t van de 1{e~elverwaiinIng.

§~~~!~!~!~_!~_~!_!~!!~!~~~!~!j

in kcal/Uur)

o voer

1 reactor 28.000

toevoer

smelttank

---koeler wat erf ase-voeding 73.500

voor extractiekolom voedingvoorwarmer destil-

---

7.200 latiekolom topcondensor dJtillatie- 166.000 kolom destillaat-koeler 7200 ketelverwarming destilla-

---

161.000 tiekolom 0 koeler 2 reactor 74.000 koeler neutralisator 25.550 condensor batch-kolom 85.200 ketelverwarming batch-

---

123.600 kolom

-

.

H)

!EE!!!~~_

:

De 10 reactor heeft een inhoud van 3500 liter.Hij wordt uitwendig gekoeld

d,m.v. een koelspiraal van halve buizen, welke tegen de wand van het reactievat

is aangelast.

Het continue filter is een COnkey Sludge Filter, waarvan de trommel een diameter van 1 mtr 'en een lengte van 2 mtr heeft.

De beide centrifuges,welke in dit schema worden gebruikt, zijn van het type De Laval B 1300.

De koeler,welke het verzamelde filtraat en waswater van het filter moet koe-len, bestaat uit 114 buizen in 19 passea van 1 mtr., waar het koelwater omheen stroomt.

Bij gebrek aan gegevens omtrent de evenwichten, welke optreden in de

extrac-tie - en in de destillaextrac-tiekolom, zijn van deze kolommen alleen de diameters bere-kend. Van de extractieJtolom is aangenomen, dat de hoogte van de pakking 4 mtr. be-draagt.BIij de destillatiek:olom is a.a.ngenomen,dat er 12 schotels nodig zijn bij een schotelafstand van 30o'\mm.

De voedingvoorwarmes van de destillatiekolom bestaat uit 4 buizen van 1 mtr., w.elke met stoom van 110 C worden verwarmd.

Be condensor van de destillatiekolom telt 168 buizen in 6 passes yan 1 mtr •• Ret destillaat wordt gekoeld in 5 buizen van 1 mtr.

De ketelv~arming van de destillatiekolom geschiedt in 106 buizen, waar stoom van 200 C )a18 verwarmingsbrqn dienst doet. (lengte der buizen .. 1 mtr)

. . ) . .

( ' t ' . ' ! .

De 20 'reactor bestaat uit een vat met een diameter van 500 mm en een hoogte van 1 mtr., waarin zich de mengkamer bevindt.De koeler, welke zich in het circuit Wan de reactor bevindt, bestaat uit 54 buizen in 3 passes van 1mtr.

De neutralisator is een vat van 100 liter.De koeler in het circuit van de neutralisator telt 48 buizen in 3-passes van 60 cm.

De vloeistofscheider is een t~~ met een diameter van 1 mtr. en een MmAst.

lengte van 2 mtr •• Hij is voorzien vaIIllt schuine platen.

De NaOH -wasser heeft een inhoud van 250 liter.Het vat is voorzien van een roer-installatie.

Het lactam,dat de centrifuge verlaat, wordt tijdelijk opgevangen in een verwarm-de tank met een volume van 8500 liter.

De batch kolom heeft een ketel met een diameter van 1750 mm en een hoogte van 2600 mm.Daarbovenop is de kolom geplaatst.AJ'genomen is,dat er 12 schotels nodig

zijn met een schotelafstand van 450 ~.De stoomspiralen zijn~iteEJop de

ketel-wand en op de bodem van de ketel aangebracht.

-Verder zijn er nog een aantalopvangtanks in het schema opgenomen.

De condensor van de batch-kolom bestaat uit 55 buizen in 5 passes van 1 mtr. 1\ , \.

I~ ~!!~~~!!!~~!_! ~litt.

19)

Alle apparaten van dit schema kunnen worden uitgevoerd in gewoon

constructie-staal.Dit materiaal is n.l. ook bestam tegen de inwerking van rokend ~S04.

\ .1, I. .. "'I

,

\ . \( t. . i "_1/ . ' t \ f /

!

\' ,1. .... ( L \ ; t ?

K)

~!!~~~!~~:~~~!~_!

1. S.Gabriel au Th.A.Maasz,

Ber.,~

,1266 ,(1899).

2.0 .. Walla.ch "

Ann. , ~!~

,188 , (1900).

3. W.H.Carothers en G,J.l3erchet ,J.A.C

.

• S. ,

~~

,5289

t

(1930).

4. G.Schulz , Die Kunststoffe , Banser Verlag

~hen

,(1959).

5. D.E.Floyd , Polyamide Res.±na , Reinhold Publiahing Corp. New "lork , (1

~58).

6.

du Font da Nemours Ltd.,Amerikaans Octrooi ,2.481.246 ,(1949).

1. Farbenfabrieken Bayer •• G. ,Duits Octrooi ,924.866 ,(1955).

8. Phillips Petroleum Co. ,Amerikaans Octrooi ,2.820.825 ,(1958).

9t

Chemische 'lJerke Els, Duits Octrooi ,898.000 ,(1953).

10. Italiaans Octrooi ,491.834 ,(1954).

8.

11. C.I.O.s..-ra.porta.,item no.22 en 31, file XXXIII: 50 ,Synthetic Fihre

Develop-ments in GermB.Il3 , Part 1

and

2 •

12. Amerikaans Octrooi ,2.351.381 ,(1944).

13. J.von Braun , Ber. ,;8 ,176 ,(19050.

Ber.

,4Ö

,1839 ,(1907).

14. H.Hopff c.s. ,nie PolYamide ,Springer Verlag Berlijn, (1954)

15. Belgisch Octrooi,582.793 ,(1959), Snia Viscosa S.p.a.

16. Directie staatsmijnen Limburg ,Ned.Octmooi,78.624 ,(1955).

11. Phillips Petroleum Co. ,Amerikaans Octrooi ,2.756.258

,(1956~.

18. Directie staatsmijnen Limburg, Ned. Octrooi ,71.096 ,,(1952).