1 PROSES UNTUK KONVERSI CAPROLACTAM MENJADI NYLON 6

LATAR BELAKANG PENEMUAN1. Bidang Penemuan

Penemuan ini menyangkut suatu proses konversi caprolactam ke nilon-6.

2. PenemuanNylon-6 diproduksi secara komersial menggunakan caprolactam sebagai bahan awal.

Sebuah proses komersial biasanya melibatkan pemanasan caprolactam dalam tabung VK pada tekanan atmosfer selama 12 sampai 24 jam. Proses ini menghasilkan produk nylon-6 yang berisi 7 sampai 10% kaprolaktam dalam produk. caprolactam berlebih diekstrak menggunakan proses ekstraksi air 8-12 jam. Produk yang diekstraksi kemudian dikeringkan selama 8 sampai 12 jam menghasilkan produk kering yang mengandung 0,2-0,3% caprolactam. Sementara proses ini telah suskes secara komersil, ia memiliki waktu tinggal reaksi yang lama dan tahap ekstraksi/pengeringan yang lambat.

US. Pat. No 6.201.096 menjelaskan suatu proses untuk produksi poliamida dengan reaksi dari aminonitril omega Dengan Air dalam reaktor multistage vertikal yang diembus uap. Sebagai contoh, proses ini dapat mengkonversi 6-aminokapronitril ke nilon-6.

RINGKASAN PENEMUANPenemuan ini adalah proses untuk membuat nilon-6, yang terdiri dari:

(a) mendirikan kolom distilasi reaktif memiliki bagian atas dan bawah, maka bagian atas memiliki suhu 150 sampai 200 derajat C dan bagian bawah yang memiliki suhu 240 sampai 260 derajat C., kolom yang memiliki sejumlah jarak piring terpisah diatur di dalamnya, sehingga mendefinisikan sejumlah tahap, setiap tahap didefinisikan oleh volume kolom antara lempeng yang berdekatan, setiap tahap yang terpisah dipanaskan sampai suhu yang telah ditentukan;(b) memasukkan caprolactam dan Air ke dalam Zona reaksi yang memiliki suhu 200 derajat sampai C dan 250 tekanan 100 sampai 300 psia (0,69-2,07 MPa) untuk membuat produk reaksi yang terdiri dari caprolactam, asam aminokaproat linear dan Air;(c) memasukkan produk reaksi ke dalam kolom distilasi reaktif pada atau dekat bagian atas kolom Sementara memasukkan uap pada atau dekat bagian bawah kolom; dan(d) pemulihan nilon 6 dari bawah kolom.Proses ini diharapkan untuk melibatkan masa tahan relatif singkat untuk konversi caprolactam menjadi nilon-6. Hal ini juga diharapkan akan menghasilkan nylon-6 dengan jumlah bebas caprolactam yang relatif rendah dan / atau senyawa dengan berat molekul rendah lainnya.

URAIAN SINGKAT GAMBAR

Gambar. 1 dan 3 adalah pandangan skematik alat yang dapat digunakan untuk melakukan penemuan ini.Gambar. 2 dan 2A adalah rencana pandangan dari pelat tahap-tahap pemisah dari reaktor kolom dari penemuan ini.Gambar. 4 dan 5 adalah pandangan elevasi interior tahapan dalam reaktor kolom dari penemuan ini. Gambar.5 adalah pandangan penampang dari tahap yang diambil sepanjang garis V-V pada gambar. 6.Gambar. 6 adalah pandangan bagian dari interior tahap yang diambil sepanjang garis VI-VI dalam gambar. 5.

2 URAIAN LENGKAP PENEMUAN

Proses penemuan ini adalah proses yang berkesinambungan untuk mempersiapkan nylon-6 dengan reaksi caprolactam dalam reaktor kolom multistage arus berlawanan arah. Larutan kaprolaktam pertama bereaksi dalam pra-reaktor di bawah tekanan untuk memulai (memfasilitasi) reaksi pembukaan cincin untuk mengkonversi sebagian dari caprolactam menjadi asam aminokaproat linear. Campuran dari pre-reaktor terus diumpankan ke reaktor multistage arus berlawanan arah di mana campuran reaksi terus bereaksi baik melalui poli-poli-kondensasi dan penambahan reaksi untuk membentuk poliamida. caprolactam yang tidak bereaksi terus dilucuti dari campuran polimer dekat bagian bawah reaktor dengan uap mengalir berlawanan ke dalam campuran reaksi dan re-diserap ke dalam campuran reaksi pada tahap atas reaktor. Oleh karena itu, poliamida mengandung caprolactam secara signifikan kurang dari nilai ekuilibrium ditentukan oleh reaksi poli-sebagai tambahan harus diproduksi pada waktu tinggal yang lebih singkat dari reaktor konvensional akibat pelucutan dengan uapa arus berlwanan dan daur ulang caprolactam internal yang berikutnya.

Mengacu pada Gambar. 1, caprolactam 25 dan Air 26 yang pertama bereaksi pada suhu tinggi dalam pre-reaktor 200 untuk menghasilkan produk 28 yang berisi beberapa asam aminokaproat linear. Rasio mol caprolactam air tidak kritis, tetapi sebaiknya sekitar 0,4-0,6. Suhu pra-reaktor dipertahankan antara 200 dan 250 derajat C dan tekanan antara 100 dan 300 psia (0,69-2,07 MPa), lebih disukai antara 150 dan 200 psia (1,03-1,38 MPa). Suatu jenis reaktor aliran plug disukai untuk mencapai distribusi waktu tinggal kecil. Untuk tujuan ini reaktor tubular atau reaktor kolom dapat digunakan. Lebih disukai reaktor kolom adalah up-aliran dikemas reaktor. Waktu tahan untuk pre-reaktor adalah antara 20 sampai 40 menit, sebaiknya 30 menit.

Produk reaksi pra-reaktor 28 diumpankan secara kontinyu dekat bagian atas reaktor kolom multistage 100. kolom distilasi Standard cocok untuk digunakan dalam proses penemuan saat ini jika waktu tinggal dalam tahap meningkat untuk memberikan waktu yang cukup untuk waktu reaksi diperlukan. Waktu tinggal yang diperlukan cairan dalam reaktor adalah antara empat jam dan delapan jam untuk mencapai Berat molekul rata-rata yang dibutuhkan untuk produk yang dapat digunakan secara komersial. Reaktor kolom 100 dilengkapi dengan internal, seperti, namun tidak terbatas pada, pelat berlubang 13-23 dan agitator perakitan 31, terdiri dari 31A motor poros 31B, dan bilah agitiator 31C. Internal ini harus dikonfigurasi untuk membuat tahapan kontak yang efektif dari aliran berlawanan saat uap mengalir dengan campuran reaksi cair untuk memastikan bahwa perpindahan massa yang memadai dicapai untuk pelucutan caprolactam yang efektif dan dimer siklik, terutama di bagian bawah reaktor kolom.

Seperti diilustrasikan dalam Gambar. 1, interior reaktor multistage 100 dibagi menjadi tahap diskrit 1 sampai 12 menggunakan pelat berlubang 13-23 antara tahap. Pelat, ditunjukkan dalam Gambar. 2 (dan Gambar. 2A), termasuk perforasi kecil 36 (36 ') yang memungkinkan uap sampai bagaimana ke atas dari tahap ke tahap, dan yang lebih besar ke tabung comer (atau pipa) 37 (37') yang mengarah dari setiap tahap dalam dan di bawah permukaan campuran reaksi dalam tahap bawah, memungkinkan cairan sampai bagaimana ke bawah dari tahap ke tahap. Suatu confguration tray tergenang lebih dipilih pada tahap bawah di mana agitasi digunakan untuk mencapai pencampuran yang baik dan perpindahan massa ditingkatkan. Poros 31B untuk pisau pengaduk 31C harus dengan mudah memperluas melalui downcomers konsentris 37. Tahapan di mana tidak ada agitasi diperlukan dapat menjadi semua jenis konfigurasi tray yang digunakan dalam peralatan distilasi, seperti tergenang atau bendungan trays tapi sebaiknya dengan pengaturan yang ditunjukkan dalam Gambar. 4, 5 dan 6 untuk meminimalkan aliran kembali cairan karena macet uap dalam kolom dan untuk memberikan pencampuran yang memadai dari cairan yang masuk ke dalam setiap massa

reaksi tahap. Jumlah tahap dipilih untuk mencapai tingkat yang tinggi, per unit volume cairan, perpindahan massa dan reaksi kimia. Enam sampai lima belas tahap yang khas.

Mengacu lagi untuk gambar. 1, produk reaksi pra-reaktor 28 diumpankan terus dekat bagian atas reaktor kolom multistage 100, dan uap 30 diumpankan secara terus menerus untuk satu atau lebih dari paling bawah tahapan reaktor. Sebuah katup kontrol tekanan 27 digunakan antara pra-reaktor 200 dan 100 reaktor kolom untuk mempertahankan tekanan yang lebih tinggi dalam pre-reaktor dibandingkan dengan reaktor kolom. Uap bisa jenuh uap, uap yang mengandung sejumlah kecil air, atau superheated steam, dengan superheated steam yang disukai untuk meminimalkan kebutuhan pemanasan dalam reaktor. Uap yang dimasukkan ke dalam reaktor 100 pada laju alir berat yang setidaknya 30 persen dan sebaiknya kurang lebih sama dengan debit berat pakan pra-reaktor. Sebuah aliran uap 34 dihapus dari atas kolom. Aliran 34 akan berisi uap dan beberapa kaprolaktam. Kaprolaktam dapat lebih dipisahkan dan didaur ulang ke reaktor kolom 100. produk Poliamida 24 terus dihapus dari tahap bawah 1 menggunakan, misalnya, pompa 38. reaktor kolom 100 sebaiknya mencakup sarana untuk memisahkan dan kembali ke kolom kaprolaktam setiap manakah daun bagian atas kolom sebagai uap atau sebagai cairan entrained. Salah satu cara tersebut adalah kondensor parsial 39 di bagian atas kolom. Dengan cara memanipulasi aliran dan suhu cairan pendingin ke 32 dan dari 33 sisi pendinginan kondensor parsial 39, kondensor dipertahankan pada suhu yang cukup untuk mengembun dan kembali sebagian kaprolaktam untuk kolom sementara memungkinkan uap untuk dihapus dalam aliran uap 34. penggunaan kondensor parsial dapat mengontrol suhu tahap atas 12 dari reaktor kolom 100. kontrol lebih lanjut dari suhu dapat dicapai dengan manipulasi laju aliran sungai Air 26 untuk pra tersebut reaktor. Selain itu, satu atau lebih tahap dapat ditambahkan ke reaktor kolom di atas panggung pakan, dan kondensor parsial (tidak ditampilkan) dapat diberikan atas paling atas dari tahap ini untuk menyediakan refluks cair.

Suhu di kolom harus dipertahankan cukup tinggi bahwa campuran reaksi tidak membeku. Suhu pada tahap atas 12 kolom dipertahankan pada suhu lebih rendah dari suhu pada tahap bawah 1. suhu atas dipertahankan pada suhu yang cukup tinggi untuk menjaga campuran reaksi dalam keadaan cair, dan memadatkan paling dari kaprolaktam dalam aliran uap memasuki panggung dari tahap di bawah ini. Suhu tahap atas reaktor kolom 100 harus antara 150 dan 200 derajat C. Hal ini dimungkinkan untuk menggunakan kombinasi atas suhu tahap 12 dan kondensor parsial 39 untuk meminimalkan arus keluar kaprolaktam. Suhu panggung bawah 1 disesuaikan untuk disimpan cukup di atas titik leleh poliamida untuk menjaga campuran reaksi dalam keadaan cair, tetapi serendah mungkin untuk meminimalkan regenerasi kaprolaktam dan dimer siklik melalui reaksi polyaddition terbalik. Suhu tahap bawah harus antara 240 dan 260 derajat C. Kemampuan untuk mencapai produk nylon-6 dengan kaprolaktam konten bebas secara signifikan lebih rendah daripada konsentrasi kesetimbangan tergantung pada perbedaan kumulatif antara penghapusan kaprolaktam dari campuran reaksi dengan stripping uap dan generasi kaprolaktam oleh reaksi balik. Kemampuan ini mengharuskan agar suhu rata-rata pada tahap tidak melebihi nilai di atas yang tingkat regenerasi kaprolaktam menjadi lebih tinggi dari tingkat pengupasan oleh uap. Rata-rata lebih bagian bawah reaktor, suhu ini adalah sekitar antara 240-260 derajat C.

Mengacu pada Gambar. 3, semua atau sebagian besar tahap 1 sampai 12 sebaiknya dilengkapi dengan sarana untuk kontrol independen suhu. Kontrol ini paling baik dilakukan dengan menggunakan media perpindahan panas cair mengalir panas melewati jaket, koil, atau perangkat perpindahan panas lainnya 40-48 yang dapat digunakan untuk kedua pemanasan dan pendinginan.

Dalam proses tabung VK standar, panas perlu ditambahkan di dekat bagian atas reaktor untuk membawa campuran reaksi untuk suhu reaksi yang diinginkan, dan panas reaksi eksotermis harus dihapus di zona yang lebih rendah untuk mencegah suhu yang

berlebihan yang mengarah ke keseimbangan yang lebih tinggi tingkat kaprolaktam. Dalam penemuan ini, pemanasan atau pendinginan persyaratan di bawah sepertiga dari reaktor adalah minimal. Panas yang dibutuhkan untuk kaprolaktam stripping adalah sekitar seimbang dengan panas yang dihasilkan oleh reaksi. Tahap bagian bawah 1-5 suhu yang dapat dikontrol dengan kombinasi superheat dari diinjeksi uap 30 dan kumparan pemanas 46 ke 48. Beban panas tertinggi di kolom adalah pada tahap tengah 6-9 karena panas yang dibutuhkan untuk menguapkan sejumlah besar kaprolaktam dari campuran reaksi. Suhu tahap dikendalikan oleh manipulasi suhu media pemanas dan laju aliran. Pada tahap atas 10 sampai 12 dari reaktor kolom 100, panas harus dikeluarkan untuk menjaga suhu stage yang diinginkan. Sebagian besar dari kaprolaktam dalam aliran uap dalam reaktor kolom terkondensasi ke dalam campuran reaksi pada tahap atas membebaskan panas terkait kondensasi. Tahapan kolom di atas sepertiga dari kolom yang opsional dilengkapi dengan sarana untuk injeksi air 29 untuk kontrol suhu.

Kolom dioperasikan pada tekanan atmosfer atau subatmosfir, sebaiknya kurang dari 15 psia (0,10 MPa), lebih disukai antara 6 dan 8 psia (0,041-0,055 MPa) untuk mencapai level rendah yang diinginkan dari kaprolaktam dalam aliran produk 24. Produk harus utamanya mengandung kurang dari 1%, paling diutamakan kurang dari 0,5% berat kaprolaktam bebas untuk meminimalkan atau menghilangkan kebutuhan untuk ekstraksi air. Tekanan dapat dikontrol dengan menggunakan katup kontrol tekanan 35 dan sistem vakum (tidak ditampilkan), seperti jet vakum uap annular atau pompa vakum. Tekanan katup kontrol 35 terus disesuaikan dengan beragam aliran aliran uap 34 dalam menanggapi tekanan diukur dalam kapal.

Keuntungan utama dari proses penemuan ini diharapkan menjadi pengoperasian arus berlawanan kolom akan menghasilkan stripping terus-menerus kaprolaktam dari bagian bawah reaktor kolom, dengan konversi yang tinggi, dan re-kondensasi itu di bagian atas , dengan konversi yang rendah, sehingga produk nylon-6 dengan konten kaprolaktam bebas rendah dicapai.

Uap diinjeksikan ke dalam ruang uap pada tahap, sebaiknya dengan menggunakan distributor gas untuk mencapai distribusi seragam. Uap sebaiknya diinjeksi ke zona cair dalam tahap bawah 1 untuk memaksimalkan efisiensi perpindahan massa dalam tahap ini. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan distributor gas yang memiliki tekanan tinggi penurunan nozel untuk menghindari nozzle pluggage dan memberikan distribusi gas seragam.

Pada tahap atas kolom, viskositas campuran reaksi harus cukup yang rendah dengan desain yang sesuai dari hambatan berlubang 13-23 gelembung gas dari hasil uap uap di pencampuran efektif dalam campuran reaksi. Di bagian bawah kolom, Dimana viskositas tertinggi, mixer perakitan 31 lebih cocok digunakan dalam salah satu atau lebih dari paling bawah tahapan dalam reaktor. Dalam reaktor yang ditunjukkan dalam Gambar. 1, pencampuran mekanik disediakan dalam empat tahap bawah dengan menggunakan blade pengaduk 31C.

Sebaiknya, pencampuran dalam setiap tahap dicapai oleh salah satu pengaturan yang tepat dari koil pemanas 46-48 untuk membantu gas pemicu pencampuran atau dengan agitasi mekanik pada tahap yang lebih rendah. Pencampuran cukup mengurangi efisiensi reaksi yang diinginkan, sehingga persyaratan untuk reaktor kolom ukuran yang lebih besar untuk mencapai kaprolaktam sama untuk nilon 6 konversi pada kecepatan aliran tertentu. Rasio tinggi-to-diameter untuk setiap tahap lebih cocok antara 0,5-1,2 untuk mencapai efisiensi pencampuran yang diinginkan.

Aksial pencampuran antara tahapan dalam reaktor kolom (sebagai akibat dari aliran balik cairan melalui pendatang bawah yang disebabkan oleh gelembung besar baik memasuki pendatang bawah atau memaksa cairan ke dalam pendatang turun ketika mereka mendekati pendatang bawah) akan mengurangi efisiensi secara keseluruhan dalam reaktor kolom.

Pengaturan disukai berikut pendatang bawah dapat digunakan dalam reaktor kolom 100 untuk mengurangi pencampuran aksial.

Mengacu pada Gambar. 4, ditunjukkan pengaturan internal stage seperti tahap 9 dari reaktor kolom 100. Tahap (stage) berisi sebagian cairan kontinyu 60 (dari bawah panggung ke tingkat yang ditunjukkan oleh referensi angka 61) dan sebagian uap terus menerus 62. Ada juga ditampilkan kumparan 45 untuk pemanasan atau pendinginan stage. Tanda panah diindikasikan sebagai "B" menunjukkan pergerakan cairan di sekitar kumparan 45 disebabkan oleh gelembung 52. Panggung berisi downcomer pusat lingkaran 50, yang sebaiknya memiliki bi-kerucut lampiran 51 di bagian bawah untuk (1) cacat yang gelembung gas 52 dari downcomer, (2) mencegah gelembung gas memasuki downcomer, dan (3) cacat cairan keluar downcomer (ditunjukkan oleh panah diindikasikan sebagai "A").