Производство капролактама - Бадриан А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Хорошие качественные показатели достигаются при очистке капролактама кристаллизацией и перекристаллизацией из водных растворов. В работе [5] дается описание разработанной технологии, приводятся подробные данные об эффективности и особенностях протекания процесса, который менее энергоемок по сравнению с дистилляцией. Однако^ метод также не получил выхода в промышленность, что объясняется следующими обстоятельствами.
Во-первых, процессы кристаллизации связаны с применением сложного и громоздкого технологического оборудования, занимающего значительные производственные площади (кристаллизаторы, центрифуги).
Во-вторых, целесообразно производить капролактам не в твердом, а в жидком виде, что значительно упрощает и удешевляет его транспортирование.
И, наконец, достаточно важным показателем качества капролактама является его температура плавления; при кристаллизационном методе очистки трудно рассчитывать на ее соответствие современным требованиям.
188
В связи с этим основным методом, завершающим очистку, является дистилляция и ректификация капролактама. Ей предшествует стадия выпаривания.
Выпаривание
Экспериментальные данные по равновесию пар—жидкость для системы капролактам—вода при атмосферном давлении, а также экспериментальные данные по зависимости температуры кипения водных растворов капролактама от концентрации при давлениях 4; 6,5; 10,5 и 24 кПа приведены в приложении (табл. 39). Анализ имеющихся данных позволяет установить, что после отгонки воды
Рис. 61. ‘Схема выпаривания водных растворов капролактама:
/. 9 — испарители; 2, 3, 4, 7 — тарельчатые колонны; 5 — сборник; 6, 8, 11 — конденсаторы;
10 — сепаратор.
из водного раствора капролактама при атмосферном давлении или в умеренном вакууме дистиллят содержит заметные количества капролактама. Простая дистилляция в этом случае оказывается неприемлемой, несмотря на существенную разницу в температурах кипения капролактама и.воды. Процесс осуществляют в каскаде / ректификационных колонн с ситчатыми тарелками. Несколько лучшие результаты дает применение жалюзийно-клаланных тарелок. На первых трех колоннах отгонку ведут под, разным абсолютным давлением, имея целью снижение энергетических расходов.
На колонне 2 (рис. 61) поддерживают давление 0,148 МПа, температура верха 111°С, температура куба 113,5°С. Отогнанный водяной пар поступает на обогрев испарителя колонны 3. Здесь поддерживаются давление 71 кПа, температура верха 91 °С, температура куба 96 °С. Наконец, на колонне 4, работающей при давлении 20 кПа, куда передается для обогрева испарителя пар, отогнанный на колонне 3, температура верха равна 53, а куба 70 °С. Вакуум на колоннах создается с помощью пароэжекционных насосов.
Конденсат испарителей колонн 3 и 4 вместе с дистиллятом колонны 4 собирается в общий сборник 5. Из него на каждую
189
колонну подается флегма примерно в равном количестве, составляющем суммарно — 20% получаемого конденсата. Остальная часть конденсата возвращается на стадию экстракции, где используется при реэкстракции капролактама водой из органического-растворителя.
На колонне 4 концентрация капролактама достигает 80%. Далее капролактам концентрируется в колонне 7 и испарителе 9 до содержания его соответственно 95,0 и 99,5%. Обогрев ведется паром низких параметров. В колонне 7 давление 40 кПа, температура в кубе 110 °С, температура верха 74 °С. Дистиллят также поступает в сборник 5. Окончательное концентрирование производится в испарителе 9, работающем при 8 кПа и 115°С. Образовавшийся ¦ дистиллят, содержащий примерно 10% капролактама, возвращается в цикл на стадию гидрирования.
Испаритель 9 снабжен сепаратором 10, где происходит разделение паровой и жидкой фаз. Сконцентрированный жидкий раствор капролактама, в котором не более 0,5% воды, поступает на стадию дистилляции и ректификации.
В случае применения шестиступенчатой схемы очистки капролактама (см. ниже), последняя стадия выпаривания оказывается излишней: 95%-ный раствор капролактама можно непосредственно подавать на первую ступень дистилляции, которая служит для удаления остаточного количества воды.
При работе стадии выпаривания крайне важно выдерживать заданный температурный режим. Перегрев капролактама недопустим. Неудовлетворительная работа стадии приводит к образованию значительных количеств олигомерных соединений, что не только снижает технико-экономические показатели процесса, но и затрудняет проведение очистки капролактама на последующих стадиях дистилляции и ректификации.
Технологические схемы дистилляции
и ректификации
На рис. 62 приведена зависимость давления паров,капролакта-ма от температуры. Согласно классификации процессов перегонки капролактам относится к тяжелокипящим продуктам. Его дистилляцию и ректификацию проводят при абсолютном давлении 260—660 Па. В этом разделе рассмотрены технологические схемы, основанные на применении роторно-пленочных тепло- и массообменных аппаратов — испарителей и ректификаторов.
Технологическая схема трехступенчатой дистилляции представлена на рис. 63. Плав капролактама-сырца после выпаривания воды поступает в сборник 1, снабженный мешалкой. Сюда также подается водный раствор щелочи (0,005% от количества подаваемого капролактама). Из сборника 1 капролактам подается на ро-торно-пленочный испаритель 2, где отгоняется около 5% головной фракции. Головную фракцию, содержащую остаточное количество
