-
TECHNISCHER
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft die Wiederaufbereitung von Polyamidmaterial und
insbesondere die Abtrennung der nutzbaren Reaktionsprodukte der
Ammonolyse von Polyamidmaterial.
-
BESCHREIBUNG
DER VERWANDTEN TECHNIK
-
Es
ist seit langem als ökologisch
wünschenswert
angesehen worden, Polyamidmaterial aus gebrauchten Produkten, wie
z.B. Teppichen, zurückzugewinnen
und solches wiederaufbereitetes Polyamidmaterial Artikeln beizumengen,
die hochwertiges Polymer erfordern. US-A-5302756 und US-A-5395974, beide erteilt
an McKinney und beide zediert an den Zessionar der vorliegenden
Erfindung, betreffen die Ammonolyse von Polyamidmaterial in seine
Monomerbestandteile.
-
1 zeigt
eine Schemaskizze, in der ein Ammonolysereaktor R gemäß den obenerwähnten Patenten
durch eine Leitung L mit einer Destillationsanlage S verbunden ist.
Die Destillationsanlage S ist gemäß den Lehren des Standes der
Technik für
die Trennung des Ausgangsflüssigkeitsstroms
vom Ammonolysereaktor R konfiguriert.
-
Bei
dem Verfahren, das in den zitierten Patentschriften von McKinney
beschrieben wird, wird Polyamidmaterial in Form von Nylon 6, Nylon
6,6 oder einem Gemisch davon in den Einlaß I des Reaktors R eingetragen.
Innerhalb des Reaktors R wird das Polyamidmaterial bei Temperaturen
im Bereich zwischen zweihundertfünfzig
und vierhundertsiebzig Grad Celsius (250 bis 470°C) und einem Druck von mindestens
einhundert (100) psig. Die Reaktion wird vorzugsweise in Gegenwart
bestimmter Lewis-Säure-Katalysatoren ausgeführt.
-
Die
Ausbeute aus dem Ammonolysereaktor R, typischerweise in flüssiger Form,
wird durch die Leitung L zur Destillationsanlage S gefördert. Der
Strom von Ammonolyseprodukten ist ein Gemisch von verschiedenen
nutzbaren Reaktionsprodukten sowie anderen, flüchtigen Substanzen. Zu diesen
nutzbaren Reaktionsprodukten gehören:
- (I) ein oder mehrere Monomerprodukt(e) mit
Aminfunktionalität,
in der vorliegenden Beschreibung nachstehend als "aminfunktionelle
Monomerprodukt(e)" bezeichnet.
Diese aminfunktionellen Monomerprodukte weisen einen bzw. mehrere
damit verbundene erste, relativ hohe, vorgegebene Dampfdrücke auf.
- (II) ein oder mehrere reaktive Polyamidmaterialien, in der vorliegenden
Beschreibung nachstehend als "hochsiedende
Polyamid-Zwischenprodukt(e)" oder "hochsiedende Substanzen" bezeichnet, die
einen oder mehrere damit verbundene zweite, relativ niedrigere,
vorgegebene Dampfdrücke
aufweisen; und
- (III) ein oder mehrere reaktive Monomerprodukte mit einem bzw.
mehreren Dampfdrücken,
die zwischen den ersten und zweiten vorgegebenen Dampfdrücken liegen.
Diese Materialien werden in der vorliegenden Beschreibung nachstehend
als "reaktive Monomerprodukte" bezeichnet.
-
Die
anderen, flüchtigen
Stoffe sind unter anderem Verbindungen wie z.B. Ammoniak, Wasser
und Kohlendioxid mit höheren
Dampfdrücken
als den ersten vorgegebenen Dampfdrücken. Diese Materialien werden
in der vorliegenden Beschreibung nachstehend als "niedrigsiedende flüchtige Produkte" oder "niedrigsiedende Substanzen" ("LB") bezeichnet.
-
Diese
im Ausgangsstrom des Reaktors R enthaltenen Reaktionsprodukte und
flüchtigen
Stoffe sind in 1 in der Reihenfolge abnehmender
Dampfdrucks und ansteigender Siedepunkte aufgeführt.
-
Die
Identität
und der Anteil der Produkte, die in der Ausgangsleitung ausgetragen
werden, sind von den in den Ammonolysereaktor R eingetragenen Polyamidmaterialien
abhängig.
-
Wenn
Nylon 6,6 in den Ammonolysereaktor R eingetragen wird, ist das aminfunktionelle
Monomerprodukt im Ausgangsstrom Hexamethylendiamin ("HMD"), und das reaktive
Monomerprodukt ist Adiponitril ("ADN"). Wenn Nylon 6 in
den Reaktor R eingetragen wird, dann enthält der Ausgangsstrom ein zweites,
anderes aminfunktionelles Monomerprodukt, 6-Aminocapronitril ("ACN") und ein zweites,
anderes reaktives Monomerprodukt, Caprolactam ("CL").
Wenn ein Gemisch aus Nylon 6,6 und Nylon 6 in den Reaktor R eingetragen
wird, dann enthält
der Ausgangsstrom natürlich
das von jedem Nylontyp erzeugte aminfunktionelle Monomerprodukt
und reaktive Monomerprodukt.
-
Aminfunktionelle
Monomerprodukte weisen einen vorgegebenen Dampfdruck auf, der im
allgemeinen im Bereich von etwa zwanzig Millimeter Quecksilbersäule bei
hundertzwanzig Grad Celsius (20 mm Hg bei 120°C) bis etwa achtzig Millimeter
Quecksilbersäule
bei der gleichen Temperatur (80 mm Hg bei 120°C) liegt. Der Dampfdruck von
Hexamethylendiamin liegt in der Größenordnung von etwa achtzig
Millimeter Quecksilbersäule
bei hundertzwanzig Grad Celsius (80 mm Hg bei 120°C), während der
Dampfdruck von 6-Aminocapronitril in der Größenordnung von etwa einundzwanzig
Millimeter Quecksilbersäule
bei der gleichen Temperatur (21 mm Hg bei 120°C) liegt.
-
Das
bzw. die hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt(e), zu denen Polyamid-Zwischenprodukte, primäre Amide
und Nylon-Dimere und -Oligomere gehören, weisen niedrigere Dampfdrücke als
den Dampfdruck der aminfunktionellen Monomerprodukte auf, die im
allgemeinen niedriger als zwei Millimeter Quecksilbersäule bei
hundertzwanzig Grad Celsius (2 mm Hg bei 120°C) sind.
-
Allgemein
ausgedrückt,
liegen die Dampfdrücke
reaktiver Monomerprodukte zwischen den Dampfdrücken der hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte
und denen der aminfunktionellen Monomerprodukte. Das heißt, das
bzw. die reaktive(n) Monomerprodukt(e) haben einen niedrigeren Dampfdruck
als das bzw. die aminfunktionelle(n) Monomerprodukt(e) und einen
höheren
Dampfdruck als das bzw. die hochsiedende(n) Polyamid-Zwischenprodukt(e).
Zum Beispiel liegt der Dampfdruck von Adiponitril in der Größenordnung
von 2,4 Millimeter Quecksilbersäule
bei hundertzwanzig Grad Celsius (2,4 mm Hg bei 120°C). Der Dampfdruck
von Caprolactam liegt in der Größenordnung
von sechs Millimeter Quecksilbersäule bei der gleichen Temperatur (6
mm Hg bei 120°C).
-
Diese
verschiedenen Ausgangsprodukte des Ammonolysereaktors R müssen voneinander
getrennt werden, damit sie in dem für ihre Wiederverwendung notwendigen
Grade gereinigt werden können.
Destillation ist eine herkömmliche
Trennungsart für
vermischte Materialien auf der Basis ihrer relativen Dampfdrücke. In 1 ist
eine Destillationsanlage S dargestellt, die auf Lehren zur herkömmlichen
Destillation nach dem Stand der Technik basiert, wie z.B. von Malone
et al. in "Simple
Analytical Criteria for the Sequencing of Distillation Columns" (Einfache analytische
Kriterien für
die Ablaufsteuerung von Destillationskolonnen), AIChE Journal, April
1985, 683, dargelegt.
-
Als
allgemeine Regel besteht die für
die Ablaufsteuerung von Destillationskolonnen befolgte grundlegende
heuristische Methode darin, die leichtesten Komponenten zuerst zu
entfernen. Die in 1 dargestellte Destillationsanlage
S implementiert diese heuristische Methode. Die Anlage S ist ein
System mit vier Durchläufen,
das aus vier hintereinandergeschalteten Destillationskolonnen A
bis D konfiguriert wird. Diese Destillationskolonnen A bis D trennen
die Ammonolyseprodukte nacheinander entsprechend ihrem Dampfdruck.
-
Im
Betrieb werden die vermischten Ammonolyseprodukte in der Ausgangsleitung
L in die erste Kolonne A eingespeist, wo die niedrigsiedenden Verunreinigungen
als Destillat entfernt werden. Der Nachlaufstrom aus der ersten
Kolonne A wird in die zweite Kolonne B eingespeist, um, je nachdem,
das (die) aminfunktionelle(n) Monomerprodukt(e), Hexamethylendiamin
und/oder 6-Aminocapronitril als Destillat zu entfernen. Das (die)
reaktive(n) Monomerprodukt(e), wie z.B. gegebenenfalls Caprolactam
und/oder Adiponitril, werden aus der dritten bzw. vierten Kolonne
C und D als Destillate entfernt. Die hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte
("HB") im Nachlaufstrom
aus der vierten Kolonne D enthalten Amide, Dimere, Oligomere und
Teere.
-
BEISPIEL 1: VERGLEICHSBEISPIEL
-
Die
in Verbindung mit 1 dargestellten und beschriebenen
quantitativen Ergebnisse des Betriebs einer Vier-Kolonnen-Destillationsanlage
S werden hier als Vergleichsbeispiel dargelegt. Zu beachten ist,
daß die
in 1 dargestellten Destillationskolonnen A bis D
als Einzelexperimente und nicht als kontinuierlicher Prozeß betrieben
wurden.
-
Für alle vier
Trennungen wurde die gleiche Kolonne verwendet. Die Kolonne hatte
einen Durchmesser von zwei (2) Zoll und wurde mit einer Packung
von fünf
(5) Fuß und
Metallvorsprüngen
von 0,16 Zoll versehen. Die Einspeisestelle war bei den ersten beiden
Kolonnen in einem Abstand von zwei (2) Fuß vom Boden der gepackten Kolonne
und bei den letzten beiden Kolonnen unmittelbar über dem Nachverdampfer angeordnet. Der
Nachverdampfer war ein Kessel von zweiundzwanzig (22) Liter Inhalt,
der durch einen elektrischen Heizmantel beheizt wurde.
-
Die
Betriebsparameter für
die Kolonne bei der Emulation des Betriebs jeder der Kolonnen A
bis D gemäß 1 waren
die folgenden:
-
-
Obwohl
die Destillationskolonnen als Einzelexperimente und nicht als kontinuierlicher
Prozeß betrieben
wurden, läßt sich
eine Gesamtrückgewinnung
der gemäß 1 konfigurierten
Destillationsanlage S berechnen, indem man die Rückgewinnungsbeträge in jedem
Schritt für
jedes einzelne Monomer multipliziert.
-
Die
Rückgewinnung
jedes Monomers wurde wie folgt berechnet:
- Für ein Monomer
im Destillat gilt:
- Für
ein Monomer im Nachlaufstrom gilt:
- Der Verlust oder Gewinn jedes Monomers wurde wie folgt berechnet:
-
Die
Gesamt-Rückgewinnung
der vier Monomere, d. h. von Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronitril, Adiponitril
und Caprolactam, betrug in diesem Beispiel siebenundsechzig Prozent
(67%).
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
-
-
-
Es
besteht die Ansicht, daß die
niedrigen Rückgewinnungsbeträge aus der
Vier-Kolonnen-Destillationsanlage
S nach dem Stand der Technik gemäß 1 auf
die reaktive Natur der Ammonolyseprodukte zurückzuführen sind. Reaktionen zwischen
dem (den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) und den primären Amiden
in den hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukten begrenzen die Rückgewinnungsraten
für Hexamethylendiamin
und 6-Aminocapronitril. Außerdem
katalysiert die Aminfunktionalität
in den hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukten den thermischen
Abbau von Adiponitril, wodurch die Rückgewinnung dieses reaktiven
Monomerprodukts begrenzt wird.
-
Angesichts
des Vorstehenden wird ein effizienterer Trennungsprozeß für vorteilhaft
gehalten, bei dem Reaktionen zwischen den verschiedenen Ammonolyseprodukten
verringert werden, bei gleichzeitiger Steigerung der Rückgewinnung
der erwünschten
Monomerprodukte.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung eines
Ausgangsstoms eines Ammonolysereaktors in Fraktionen. Der Ausgangsstrom
enthält
die folgenden nutzbaren Reaktionsprodukte:
- (I)
ein oder mehrere aminfunktionelle Monomerprodukte;
- (II) ein oder mehrere hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukte;
- (III) ein oder mehrere reaktive Monomerprodukte.
-
Der
Ausgangsstrom kann außerdem
enthalten:
- (IV) ein oder mehrere niedrigsiedende
flüchtige
Produkte.
-
Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die langdauernde
Gegenwart der hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte in der Destillationsanlage
im Kontakt mit dem (den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) oder
mit den reaktiven Monomerprodukten die Rückgewinnungsraten dieser nutzbaren Monomerprodukte
begrenzt.
-
Daher
werden gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung als erster Behandlung des Ausgangsstroms,
die mindestens eines dieser nutzbaren Reaktionsprodukte von den
anderen Reaktionsprodukten trennt, das (die) hochsiedende(n) Polyamid-Zwischenprodukte)
sowohl von dem (den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) als auch
von dem (den) reaktiven Monomerprodukt(en) abgetrennt.
-
Gemäß einer
ersten Implementierung der ersten Ausführungsform der Erfindung werden
das (die) aminfunktionelle(n) Monomerprodukt(e) und das (die) reaktive(n)
Monomerprodukt(e) als Destillatstrom aus einer ersten Destillationskolonne
entnommen. Das (die) hochsiedende(n) Polyamid-Zwischenprodukte)
trennt (trennen) sich im Nachlauf von der ersten Destillationskolonne.
-
In
einer alternativen Implementierung der ersten Ausfuhrungsform der
Erfindung werden als erste Behandlung des Ausgangsstroms des Ammonolysereaktors,
die mindestens eines der nutzbaren Produkte von den anderen trennt,
das (die) aminfunktionelle(n) Monomerprodukt(e) als Destillatstrom
aus einer ersten Destillationskolonne abgetrennt, während das
(die) reaktive(n) Monomerprodukt(e) als Seitenproduktentnahme aus
der Kolonne entnommen werden. Das (die) hochsiedende(n) Polyamid-Zwischenprodukt(e)
trennt (trennen) sich wieder im Nachlauf von der Destillationskolonne.
-
In
Abhängigkeit
von dem in den Ammonolysereaktor eingetragenen Polyamidmaterial
können
das eine oder die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte Hexamethylendiamin
und/oder 6-Aminocapronitril
sein, während
das eine oder die mehreren reaktiven Monomerprodukte Adiponitril
und/oder Caprolactam sein können.
In mehr spezifizierten Versionen der einen oder der anderen Implementierung
der ersten Ausfuhrungsform der Erfindung werden zusätzliche
Destillationskolonnen vorgesehen, um die mehreren aminfunktionellen
Monomerprodukte voneinander zu trennen und die mehreren reaktiven
Monomerprodukte voneinander zu trennen.
-
Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden als erste Behandlung des Ausgangsstroms,
die mindestens eines der nutzbaren Reaktionsprodukte von den anderen
Reaktionsprodukten trennt, das (die) hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte)
zusammen mit dem (den) reaktiven Monomerprodukt(en) von dem (den)
aminfunktionellen Monomerprodukt(en) getrennt. Als unmittelbar anschließender zweiter
Schritt werden das (die) reaktive(n) Monomerprodukt(e) von dem (den)
hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukten) getrennt.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Erfindung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen besser verständlich,
die Teil der vorliegenden Patentanmeldung sind. Dabei zeigen:
-
1 eine
Schemaskizze einer Destillationsanlage gemäß den Lehren des Standes der
Technik zur Trennung eines Ausgangsflüssigkeitsstroms aus einem Ammonolysereaktor
in Fraktionen;
-
2 eine
Schemaskizze einer Destillationsanlage zur praktischen Ausführung des
Trennungsprozesses gemäß einer
ersten Implementierung der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
-
3 eine
Schemaskizze einer Destillationsanlage zur praktischen Ausführung des
Trennungsprozesses gemäß einer
alternativen Implementierung der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
-
4 eine
Schemaskizze einer Destillationsanlage zur praktischen Ausführung des
Trennungsprozesses gemäß einer
zweiten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
In
der gesamten nachstehenden ausführlichen
Beschreibung werden in allen Figuren der Zeichnungen gleiche Elemente
durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
-
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
-
2 zeigt
eine Schemaskizze einer Destillationsanlage 10 zur praktischen
Ausführung
des Trennungsprozesses gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 2 implementierte
Destillationsanlage 10 weist eine erste Destillationskolonne 12 auf,
die an ihrem Eingangskanal 12I mit der Ausgangsleitung
L vom Ammonolysereaktor R verbunden ist. Der durch die Leitung L
transportierte Ausgangsstrom vom Ammonolysereaktor R enthält die folgenden
nutzbaren Reaktionsprodukte:
- (I) ein oder mehrere
Monomerprodukte mit einem damit verbundenen ersten vorgegebenen
Dampfdruck;
- (II) ein oder mehrere hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukte
mit einem niedrigeren Dampfdruck als dem ersten vorgegebenen Dampfdruck;
und
- (III) ein oder mehrere reaktive Monomerprodukte mit einem Zwischendampfdruck
zwischen dem niedrigeren Dampfdruck und dem ersten Dampfdruck.
-
Der
Ausgangsstrom in der Leitung L kann außerdem enthalten:
- (IV) ein oder mehrere niedrigsiedende flüchtige Produkte.
-
Der
Destillatausgangskanal 12D der Kolonne 12 ist über eine
Leitung 14 mit dem Eingangskanal 18I einer zweiten
Destillationskolonne 18 verbunden. Eine Leitung 20 ist
mit dem Destillatausgangskanal 18D der Kolonne 18 verbunden,
während
der Nachlaufausgangskanal 18T der Kolonne 18 mit
einer Leitung 24 verbunden ist.
-
Die
Leitung 20 ist mit dem Eingangskanal 26I einer
dritten Destillationskolonne 26 verbunden. Der Destillatausgangskanal 26D und
der Nachlaufausgangskanal 26T der Destillationskolonne 26 sind
mit Leitungen 30 bzw. 32 verbunden.
-
Die
Leitung 24 ist mit dem Eingangskanal 36I einer
vierten Destillationskolonne 36 verbunden. Der Destillatausgangskanal 36D und
der Nachlaufausgangskanal 36T der Destillationskolonne 36 sind
mit Leitungen 40 bzw. 42 verbunden.
-
Der
Nachlaufausgangskanal 12T der Kolonne 12 ist mit
einer Leitung 44 verbunden.
-
Vorzugsweise
werden die Kolonnen 12, 18, 26 und 36 jeweils
unter Anwendung der dem Fachmann bekannten Destillationskolonnentechnologie
implementiert. Das Innere der Kolonnen können entweder Böden oder
Packungen sein, die genügend
Trennstufen aufweisen, um die erforderlichen Trennungen zu erreichen. Die
Kolonnen müssen
unter Vakuum betrieben werden, um die Temperatur der Ammonolyseprodukte
zu minimieren. Jede der Kolonnen 12, 18, 26 und 36 enthält einen
entsprechenden Nachverdampfer mit kurzer Verweildauer.
-
Nach
Darstellung der Konfiguration der Destillationsanlage 10 kann
nun ihre Arbeitsweise bei der praktischen Ausführung einer ersten Implementierung
der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
diskutiert werden.
-
Wie
weiter oben bemerkt, ist die Identität des einen oder der mehreren
aminfunktionellen Monomerprodukte und des einen oder der mehreren
reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck in der Leitung
L von den entsprechenden Polyamidmaterialien abhängig, die in den Ammonolysereaktor
R eingetragen werden. Wenn nur Nylon 6,6 in den
Ammonolysereaktor R eingebracht wird, ist das aminfunktionelle Monomerprodukt
in dem Strom in der Ausgangsleitung L Hexamethylendiamin, und das reaktive
Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck ist Adiponitril. Wenn nur
Nylon 6 in den Reaktor R eingebracht wird, dann ist das aminfunktionelle
Monomerprodukt im Ausgangsstrom 6-Aminocapronitril, und das reaktive
Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck ist Caprolactam. Wenn ein
Gemisch von Nylon 6,6 und Nylon 6 in
den Reaktor R eingebracht wird, dann enthält der Ausgangsstrom das von
jedem Nylontyp erzeugte aminfunktionelle Monomerprodukt und reaktive
Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck. Bei der Diskussion der Arbeitsweise
beider Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß sowohl Nylon 6,6 als
auch Nylon 6 in den Reaktor R eingebracht werden.
-
Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Voraussetzung besteht
darin, das (die) hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte) so früh wie möglich im
Verlauf der Destillation in der Anlage 10 sowohl von dem
(den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) als auch von den reaktiven
Monomerprodukten mit Zwischendampfdruck zu trennen.
-
Gemäß der Grundvoraussetzung
der Anlage 10 trennt daher die Destillationskolonne 12 die
aminfunktionellen Monomerprodukte zusammen mit den reaktiven Monomerprodukten
mit Zwischendampfdruck von dem (den) hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt(en).
Diese Trennung ist die erste Behandlung des aus dem Reaktor R austretenden
Ausgangsstroms, die zumindest eines der nutzbaren Reaktionsprodukte
von den anderen trennt.
-
Das
aminfunktionelle Monomerprodukt tritt zusammen mit den reaktiven
Monomerprodukten mit Zwischendampfdruck in dem durch die Leitung 14 transportierten
Destillatstrom aus dem Kanal 12D der Kolonne 12 aus.
Das eine bzw. die mehreren hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte
werden als Nachlaufstrom aus dem Kanal 12T der Destillationskolonne 12 entnommen.
-
Der
Destillatstrom in der von der ersten Destillationskolonne 12 ausgehenden
Leitung 14 wird zur zweiten Destillationskolonne 18 gefördert. Die
am Kanal 18D der Kolonne 18 ausströmende Destillatfraktion enthält das eine
bzw. die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte. Die am Kanal 18T der
Kolonne 18 ausströmende
Nachlauffraktion enthält
das (die) reaktive(n) Monomerprodukt(e) mit Zwischendampfdruck.
-
Da
angenommen wird, daß sowohl
Nylon 6,6 als auch Nylon 6 in den Reaktor
R eingetragen werden, sind in dem durch die Leitung 20 transportierten
Destillat zwei verschiedene aminfunktionelle Monomerprodukte vorhanden.
Diese verschiedenen aminfunktionellen Monomerprodukte können voneinander
getrennt werden. Die aminfunktionellen Monomerprodukte werden durch
die Leitung 20 zur Destillationskolonne 26 gefördert. Die
Kolonne 20 trennt eines der aminfunktionellen Monomerprodukte
(z.B. das aminfunktionellen Monomerprodukt Hexamethylendiamin, das
aus Nylon 6,6 erzeugt wird) als Destillatfraktion
ab, das in der Leitung 30 transportiert wird. Das zweite
aminfunktionelle Monomerprodukt (z.B. das aus Nylon 6 erzeugte
aminfunktionelle Monomerprodukt 6-Aminocapronitril) wird als Nachlauffraktion
in der Leitung 32 von der Kolonne 26 getrennt.
Die Fraktionen in den Leitungen 30, 32 werden,
wenn dies gewünscht
wird, zur Weiterverarbeitung gefördert.
-
Da
angenommen wird, daß sowohl
Nylon 6,6 als auch Nylon 6 in dem Reaktor
R vorhanden sind, sind wieder zwei verschiedene reaktive Monomerprodukte
mit Zwischendampfdruck in dem Nachlaufstrom enthalten, der durch
die Leitung 24 aus der Kolonne 18 transportiert
wird. Diese verschiedenen reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck
können
gleichfalls voneinander getrennt werden. Die reaktiven Monomerprodukte
mit Zwischendampfdruck werden durch die Leitung 24 zur
Destillationskolonne 36 gefördert. In der Kolonne 36 wird
eines der reaktiven Monomerprodukte (z.B. das aus Nylon 6 erzeugte
reaktive Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck Caprolactam) als
Destillatfraktion abgetrennt, das in der Leitung 40 transportiert wird.
Das andere reaktive Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck (z.B.
das aus Nylon 6,6 erzeugte reaktive Monomerprodukt
mit Zwischendampfdruck Adiponitril) trennt sich als Nachlauffraktion
in der Leitung 42 von der Kolonne 36. Die Fraktionen
in den Leitungen 40, 42 werden, wenn dies gewünscht wird,
zur geeigneten Weiterverarbeitung gefördert.
-
Zu
beachten ist, daß,
wenn nur eine einzige Nylonform in den Reaktor R eingetragen wird,
die durch die Kolonne 26 ausgeführte Trennung nicht notwendig
ist und das aminfunktionelle Monomerprodukt in dem durch die Leitung 20 transportierten
Destillat direkt zur Weiterverarbeitung transportiert wird. Entsprechend
ist auch die durch die Kolonne 36 ausgeführte Trennung
nicht notwendig, wenn nur eine einzige Nylonform in den Reaktor
R eingetragen wird.
-
Wie
weiter oben erwähnt,
kann der Ausgangsstrom vom Reaktor R auch ein oder mehrere niedrigsiedende
flüchtige
Produkte enthalten, wie z.B. Ammoniak, Wasser und Kohlendioxid.
Das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte weisen höhere Dampfdrücke auf
als den ersten vorgegebenen Dampfdruck. Diese niedrigsiedenden flüchtigen
Produkte können
vorher durch eine Kolonne entfernt werden, die der Kolonne A im
System S nach dem Stand der Technik (1) ähnlich ist,
die in der Leitung L stromaufwärts
von der Kolonne 12 angeordnet ist.
-
Wenn
das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte nicht vorher
entfernt werden, treten diese Produkte zusammen mit den nutzbaren
Reaktionsprodukten in die Destillationsanlage 10 ein. Bei der
Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durch die
Destillationsanlage 10 verkörpert wird, trennen sich das
eine bzw. die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte zusammen mit
dem einen bzw. den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten in
den Destillatfraktionen sowohl in der Leitung 14 von der
ersten Destillationskolonne 12 als auch in der Leitung 20 von
der zweiten Destillationskolonne 18. Zum Entfernen des
einen oder der mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte wird eine
zusätzliche
Kolonne 48 zwischen den Destillatkanal 18D der
Kolonne 18 und den Eingangskanal der Kolonne 26 geschaltet.
In diesem Fall wird die Leitung 20 unterbrochen, und die
Destillatfraktion vom Kanal 18D wird über eine Leitung 20A zum
Eingangskanal 48I der Kolonne 48 transportiert.
Das bzw. die niedrigsiedenden flüchtigen
Produkte) trennen sich über
eine Leitung 50 von dem Destillatkanal 48D der
Kolonne 48, während
die Nachlauffraktion am Kanal 48T (welche das bzw. die
aminfunktionellen Monomerprodukt(e) enthält) entweder über die
Leitung 20B zur Kolonne 26 (wenn mehrere aminfunktionelle
Monomerprodukte vorhanden sind) oder direkt zur Weiterverarbeitung
gefördert
wird (wenn nur ein einziges aminfunktionelles Monomerprodukt vorhanden
ist).
-
Wie
bereits festgestellt, können
die erste Destillationskolonne 12 und die Destillationskolonne 36 jeweils
einen damit verbundenen Nachverdampfer aufweisen. Die Verweilzeit
des Nachlaufs im Nachverdampfer der ersten Destillationskolonne 12 ist
kürzer
als eine Stunde. Die Verweilzeit des reaktiven Monomers Adiponitril
im Nachverdampfer der Destillationskolonne 36 ist kürzer als
zwei Stunden.
-
3 zeigt
eine Schemaskizze einer alternativen Implementierung der Destillationsanlage,
die durch das Bezugszeichen 10' bezeichnet wird, zur praktischen
Ausführung
des Trennungsprozesses gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der in 3 dargestellten
Modifikation werden als erste Behandlung des Ausgangsstroms vom
Reaktor R, die mindestens eines der nutzbaren Reaktionsprodukte
von den anderen trennt, das eine oder die mehreren hochsiedenden
Polyamid-Zwischenprodukte
wieder sowohl von dem einen oder den mehreren aminfunktionellen
Monomerprodukten als auch von den reaktiven Monomerprodukten mit
Zwischendampfdruck getrennt.
-
Bei
der Destillation in der Anlage 10' werden jedoch das eine oder die
mehreren reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck als Seitenproduktentnahmestrom
aus einem Kanal 12S in der ersten Destillationskolonne 12 entnommen.
Das eine oder die mehreren reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck
werden über
eine Leitung 56 transportiert. Die Leitung 56 kann
mit dem Eingangskanal 36I der Destillationskolonne 36 verbunden
werden, wenn mehrere reaktive Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck
vorhanden sind. Andernfalls kann das Produkt über die Leitung 56 direkt
zur Weiterverarbeitung entnommen werden.
-
Das
eine oder die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte werden über die
an den Destillatkanal 12D der Kolonne 12 angeschlossene
Leitung 20 transportiert. Wenn mehrere aminfunktionelle
Monomerprodukte vorhanden sind, wird die Leitung 20 an
den Eingangskanal 26I der Kolonne 26 angeschlossen.
In der Kolonne 26 werden die mehreren aminfunktionellen
Monomerprodukte voneinander getrennt. Wenn nur ein einziges aminfunktionelles
Monomerprodukt vorhanden ist, kann die Leitung 20 direkt
an eine geeignete Stelle zur entsprechenden Weiterverarbeitung angeschlossen
werden.
-
Niedrigsiedende
flüchtige
Produkte werden analog zu der in Verbindung mit dem System 10 von 2 beschriebenen
Behandlung behandelt. Wenn sie nicht vorher entfernt werden, treten
diese Produkte in die Destillationsanlage 10' ein und trennen sich zusammen
mit dem einen oder den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten
in der Destillatfraktion von der ersten Destillationskolonne 12.
Um das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen
Produkte zu entfernen, wird zwischen den Destillatkanal 12D der
Kolonne 12 und den Eingangskanal 26I der Kolonne 26 die
zusätzliche
Kolonne 48 eingeschaltet. Die aus dem Kanal 12D austretende
Destillatfraktion wird über
die Leitung 20A zum Eingangskanal 48I der Kolonne 48 transportiert.
Das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte trennen sich über eine
Leitung 50 vom Destillatkanal 48D der Kolonne 48,
während
die Nachlauffraktion am Kanal 48T (die den einen oder die
mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte enthält) entweder über die
Leitung 20B zur Kolonne 26 (wenn mehrere aminfunktionelle
Monomerprodukte vorhanden sind) oder direkt zur Weiterverarbeitung
gefördert
wird (wenn nur ein einziges aminfunktionelles Monomerprodukt vorhanden
ist).
-
Jede
der in 3 dargestellten Kolonnen enthält einen Nachverdampfer mit
kurzer Verweilzeit.
-
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
-
4 zeigt
eine Schemaskizze einer Destillationsanlage 10" zur praktischen
Ausführung
des Trennungsverfahrens gemäß einer
zweiten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Bei
der in 4 dargestellten Modifikation wird als erste Behandlung
des Ausgangsstroms, die zumindest eines der nutzbaren Reaktionsprodukte
von den anderen trennt, eine erste Destillationskolonne 12 verwendet,
um das Monomer mit der Aminfunktionalität von dem reaktiven Monomer
mit Zwischendampfdruck und dem hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt
abzutrennen. Das Monomer mit der Aminfunktionalität wird als
Destillatfraktion über
die Leitung 20 aus der Kolonne 12 entnommen. Das eine
oder die mehreren reaktiven Monomere mit Zwischendampfdruck und
das hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukt
werden als Nachlauffraktion über
die Leitung 44 aus der Kolonne 12 entnommen.
-
Die
Leitung 44 von der Kolonne 12 ist mit einer zweiten
Destillationskolonne 15 verbunden, die unmittelbar stromabwärts von
der ersten Kolonne 12 angeordnet ist. In der zweiten Destillationskolonne 15 werden das
eine oder die mehreren reaktiven Monomere mit Zwischendampfdruck
sofort von dem hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt abgetrennt.
Das eine oder die mehreren reaktiven Monomere mit Zwischendampfdruck
werden als Destillatfraktion aus dem Destillatauslaßkanal 15D der
Kolonne 15 entnommen, während
das hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukt als Nachlauffraktion aus
dem Nachlaufauslaßkanal 15T entnommen
wird. Der Nachlaufauslaßkanal 15T ist
mit einer Leitung 45 verbunden. Wenn mehrere reaktive Monomere mit
Zwischendampfdruck vorhanden sind, werden sie zur Trennung über die
Leitung 16 zur Destillationskolonne 36 gefördert.
-
Das
System 10" gemäß der zweiten
Ausführungsform
implementiert insofern nach wie vor die Grundvoraussetzung der vorliegenden
Erfindung, als das eine oder die mehreren hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte
so früh
wie möglich
im Verlauf der Destillation im System 10 von dem einen
oder den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten und von den
reaktiven Monomerprodukten mit Zwischendampfdruck abgetrennt werden.
-
Wenn
in der Destillationsfraktion der Kolonne 12 mehrere aminfunktionelle
Monomerprodukte vorhanden sind, dann wird die Leitung 20 mit
der Kolonne 26 verbunden. In der Kolonne 26 wird
das erste aminfunktionelle Monomer, z.B. Hexamethylendiamin, als
Destillatfraktion in der Leitung 30 von dem zweiten aminfunktionellen
Monomer, z.B. 6-Aminocapronitril in der Leitung 32, abgetrennt.
-
Ein
oder mehrere niedrigsiedende flüchtige
Produkte werden auf analoge Weise behandelt wie in der in Verbindung
mit dem System 10 von 2 beschriebenen
Behandlung. Wenn derartige Produkte nicht vorher entfernt werden,
treten sie in die Destillationsanlage 10" ein und trennen sich zusammen
mit dem einen oder den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten
in der Destillatfraktion von der ersten Destillationskolonne 12.
Die aus dem Kanal 12D austretende Destillatfraktion wird über die
Leitung 20A zum Eingangskanal 48I der Kolonne 48 transportiert.
Das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte trennen sich
von dem Destillatkanal 48D der Kolonne 48 über die
Leitung 50, während
die Nachlauffraktion (die das eine oder die mehreren aminfunktionellen
Monomerprodukte enthält)
entweder über
die Leitung 20B zur Kolonne 26 (wenn mehrere aminfunktionelle
Monomerprodukte vorhanden sind) oder direkt zur Weiterverarbeitung
gefördert
wird (wenn nur ein einziges aminfunktionelles Monomerprodukt vorhanden
ist).
-
Jede
der in 4 dargestellten Kolonnen enthält einen Nachverdampfer mit
kurzer Verweildauer. Die Verweildauer des Nachlaufs aus der ersten
Destillationskolonne 12 ist kürzer als eine Stunde. Die Verweildauer
des reaktiven Monomers Adiponitril im Nachverdampfer 36R der
Destillationskolonne 36 ist kürzer als zwei Stunden.
-
BEISPIELE
-
Die
quantitativen Betriebsergebnisse der verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wie in Verbindung mit den 2 bis 4 dargestellt
und beschrieben, werden in den nachstehenden Beispielen dargelegt. Ähnlich der
Situation in Verbindung mit Vergleichsbeispiel 1 wurden die in den 2 bis 4 dargestellten
Destillationskolonnen jeweils als Einzelexperiment und nicht als
kontinuierlicher Prozeß implementiert.
-
Eine
Zusammenfassung der entscheidenden Prozeßvariablen für die Beispiele
2 bis 4 wird in der folgenden Tabelle dargestellt.
-
-
Die
Rückgewinnung
jedes einzelnen nutzbaren Reaktionsprodukts und die Gesamtrückgewinnung
der Destillationsanlage wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel
1 berechnet.
-
BEISPIEL 2
-
Dieses
Beispiel veranschaulicht die Arbeitsweise einer Destillationskolonne,
wenn diese für
den Betrieb als die in 2 dargestellten Kolonnen 12, 48 und 36 konfiguriert
ist. Bei einer Konfiguration für
den Betrieb als erste Kolonne 12 wurden Hexamethylendiamin,
6-Aminocapronitril, Adiponitril und Caprolactam und die niedrigsiedenden
Substanzen als Kopfprodukt entnommen, und die hochsiedenden Substanzen
wuden als Nachlaufstrom entnommen. Bei der Konfiguration für den Betrieb
als Destillationskolonne 48 wurden die niedrigsiedenden
Substanzen als Kopfprodukt entnommen, während Hexamethylendiamin und
6-Aminocapronitril als Nachlauf entnommen wuden. Bei der Konfiguration
für den
Betrieb als dritte Destillationskolonne 36 in diesem Beispiel
wurde Caprolactam als Kopfprodukt abgetrennt, und Adiponitril wurde
als Nachlauf entnommen. Die dargelegten Schritte führen zu
hohen Rückgewinnungsbeträgen dieser
vier Ammonolysereaktionsprodukte.
-
KOLONNE 2.1
-
Eine
Destillationskolonne mit einem Durchmesser von 2 Zoll wurde mit
vier (4) Fuß Packungsmaterial mit
Metallvorsprüngen
von 0,24 Zoll Querschnitt gepackt. Die Einspeisestelle war in einem
Abstand von einem (1) Fuß vom
Boden der gepackten Kolonne angeordnet. Am oberen Ende der Kolonne
war ein Kondensator angebracht, der Kühlwasser von sieben Grad Celsius
(7°C) verwendete.
Durch eine Vakuumpumpe wurde ein Kopfvakuum von zwanzig (20) Torr
erzeugt, und die resultierende Kopftemperatur betrug hundertzweiunddreißig Grad
Celsius (132°C).
Zwei Kühlfallen,
eine mit Eis und die andere mit Trockeneis gefüllt, wurden unmittelbar vor
der Vakuumpumpe angebracht, um etwaigen Restdampf zu kondensieren.
Das Rücklaufverhältnis betrug
0,25.
-
Ein
elektrisch beheizter Nachverdampfer mit einem Kolben und einem Heizmantel
war am Boden der Kolonne angebracht. Die Temperatur der Flüssigkeit
im Nachverdampfer wurde von zweihundertsechzig Grad Celsius (260°C) bis zweihundertneunzig
Grad Celsius (290°C)
variiert. Der Flüssigkeitsstand
im Nachverdampfer wurde durch Messen der Druckdifferenz zwischen
dem Kopf und dem Boden der Flüssigkeit überwacht.
Wenn eine Abweichung des Flüssigkeitsstandes
vom Sollwert erfaßt
wurde, veranlaßte
ein Regler das Öffnen
oder Schließen
eines Ventils unterhalb des Nachverdampfers, um einen konstanten
Flüssigkeitsstand zu
halten. Eine Zahnradpumpe wurde benutzt, um den Nachlaufstrom aus
dem Nachverdampfer in einen Auffangbehälter abzusaugen.
-
Diese
Kolonne wurde als Kolonne 12 von 2 betrieben.
Ammonolyseprodukte, die siebzehn Prozent (17%) Hexamethylendiamin
("HMD"), einundzwanzig
Prozent (21%) 6-Aminocapronitril ("ACN"),
einundzwanzig Prozent (21%) Caprolactam ("CL")
und neun Prozent (9%) Adiponitril ("ADN")
und außerdem
hoch- und niedrigsiedende Verunreinigungen (hoch- und niedrigsiedende
Substanzen) enthielten, wurden ständig gerührt und unter einer Stickstoff
Schutzatmosphäre
in einem Zulaufbehälter
unter einem Druck von sieben bis acht (7 bis 8) psig gehalten. Vor
dem Absaugen in die Destillationskolonne durch eine Druckdifferenz
passierte der Zulaufstrom ein Filter von neunzig Mikrometer (90 μm) und dann
einen elektrischen Vorwärmer,
in dem er auf achtzig Grad Celsius (80°C) erhitzt wurde. Die Zuflußgeschwindigkeit
wurde automatisch durch ein Durchflußregelventil mit Signal von
einem Massendurchflußmesser
auf ein Kilogramm pro Stunde (1,0 kg/h) geregelt.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2-1 zusammengefaßt. TABELLE
2-1
-
KOLONNE 2.2
-
Eine ähnliche
Destillationskolonne wie die für
Kolonne 2.1 beschriebene, mit der Ausnahme, daß sie eine Packung mit einer
Höhe von
drei (3) Fuß enthielt,
wurde als Kolonne 48 in 2 betrieben.
Ein Destillatstrom, der sechsunddreißig Prozent (36%) Hexamethylendiamin,
dreiundvierzig Prozent (43%) 6-Aminocapronitril und Verunreinigungen
(hauptsächlich
Wasser) mit sechzig Grad Celsius (60°C) enthielt, wurde in diese Kolonne
eingespeist. Die Einspeisestelle befand sich wieder in einem Abstand
von einem (1) Fuß vom
Boden der gepackten Kolonne.
-
Der
Nachverdampfer war ein Kessel von drei (3) Liter (entlüftet zur
Atmosphäre),
der innerhalb eines Kessels von fünf (5) Liter angeordnet war.
Die Prozeßflüssigkeit
floß in
den Zwischenraum zwischen den beiden Kesseln, wo sie durch einen
elektrischen Heizmantel erhitzt wurde, der an der Außenfläche des Fünf-Liter-Kessels
angebracht war. Die Nachverdampferkonstruktion verringerte das Totvolumen,
ohne die Heizoberfläche
zu verringern.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2-2 zusammengefaßt.
-
-
KOLONNE 2.3
-
Eine ähnliche
Destillationskolonne wie die für
Kolonne 2.1 beschriebene, deren Packungshöhe aber drei (3) Fuß betrug,
wurde als Kolonne 36 in 2 betrieben.
Ein Strom, der einundsechzig Prozent (61%) Caprolactam und achtzehn
Prozent (18%) Adiponitril enthielt, wurde in eine Einspeisestelle
in einem Abstand von zwei (2) Fuß vom Boden der gepackten Kolonne
eingetragen. Der oben bei Kolonne 2.2 beschriebene Nachverdampfer
wurde verwendet.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2-3 zusammengefaßt.
-
-
BEISPIEL 3
-
Dieses
Beispiel veranschaulicht den Betrieb einer Destillationskontrolle
bei einer Konfiguration für
den Betrieb als Kolonnen 12, 48 und 36,
die in 3 dargestellt sind. In der ersten Kolonne 12 wurden
Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronitril und die niedrigsiedenden
Substanzen als Kopfprodukt entnommen. Adiponitril und Caprolactam
wurden als Seitenentnahmeprodukte entnommen, wobei die hochsiedenden
Substanzen als Nachlaufstrom zurückblieben.
Das Destillat aus der ersten Kolonne wurde der zweiten Kolonne (48)
zugeführt,
wo Wasser und weitere niedrigsiedende Substanzen dem Hexamethylendiamin
und 6-Aminocapronitril entzogen wurden. Hexamethylendiamin wurde
in diesem Beispiel nicht von 6-Aminocapronitril abgetrennt. Die Seitenentnahme
aus der ersten Kolonne (12) wurde einer dritten Kolonne
(36) zugeführt,
wo Adiponitril (Nachlaufstrom) von Caprolactam abgetrennt wurde.
-
KOLONNE 3.1
-
Eine
Kolonne von zwei (2) Zoll Durchmesser wurde mit zwei (2) Fuß Packungsmaterial
mit Metallvorsprüngen
von 0,24 Zoll Querschnitt gepackt. Diese Kolonne wurde als Kolonne 12 in 3 betrieben.
-
Ammonolyseprodukte,
die sechzehn Prozent (16%) Hexamethylendiamin ("HMD"),
dreiundzwanzig Prozent (23%) 6-Aminocapronitril ("ACN"), achtzehn Prozent
(18%) Caprolactam ("CL") und elf Prozent
(11%) Adiponitril ("ADN") und außerdem hoch-
und niedrigsiedende Materialien (hoch- und niedrigsiedende Substanzen) enthielten,
wurden nach Durchgang durch ein Filter von neunzig Mikrometer (90μm) in die
Destillationskolonne 12 eingespeist.
-
Die
Dampfseitenstromentnahmestelle befand sich in einem Abstand von
einem (1) Fuß vom
Boden der gepackten Säule.
Der Dampfseitenstrom passierte einen Kondensator, in dem Wasser
von fünfundsiebzig Grad
Celsius (75°C)
verwendet wurde. Das gesamte Destillat aus diesem Seitenentnahmekondensator
wurde in einem Auffangbehälter
mit einer Durchflußgeschwindigkeit
von 0,4 kg/h aufgefangen. Um das Caprolactam in flüssiger Form
zu halten, wurde die Seitenentnahmeproduktleitung erhitzt.
-
Am
Boden der Kolonne lieferte eine elektrisch beheizte Thermosiphonheizung
mit einem niedrigen Totvolumen von etwa vierhundert (400) ml die
notwendige Wärme
für den
Prozeß.
Das niedrige Nachverdampfervolumen und die relativ hohe Zuflußgeschwindigkeit
trugen zu einer kurzen Verweilzeit von 0,4 h für den Nachverdampferinhalt
bei und minimierten dadurch Reaktionsverluste der Monomere. Die
Flüssigkeit
im Nachverdampfer wurde auf zweihundertfünfundachtzig Grad Celsius (285°C) gehalten.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3-1 zusammengefaßt.
-
-
KOLONNE 3.2
-
Diese
Kolonne war die gleiche wie Kolonne 2.2 in Beispiel 2.
-
KOLONNE 3.3
-
Diese
Kolonne war die gleiche wie Kolonne 2.3 in Beispiel 2.
-
BEISPIEL 4
-
Dieses
Beispiel veranschaulicht den Betrieb einer Destillationskolonne
mit Konfiguration für
den Betrieb als die in 4 dargestellten Kolonnen 12, 15 bzw. 36.
In der ersten Kolonne 12 wurden Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronitril
und die niedrigsiedenden Substanzen als Kopfprodukt entnommen. Adiponitril
und Caprolactam und die hochsiedenden Substanzen wurden als Nachlaufstrom
entnommen. In der zweiten Kolonne 15 wurden Adiponitril
("ADN") und Caprolactam
("CL") als Kopfprodukt
entnommen, und die hochsiedenden Substanzen blieben im Nachlaufstrom
zurück.
Das Destillat aus der ersten Kolonne (15) wurde einer dritten
Kolonne (36) zugeführt,
wo Caprolactam als Kopfprodukt und Adiponitril im Nachlaufstrom
entnommen wurden.
-
KOLONNE 4.1
-
Eine
Destillationskolonne mit einem Durchmesser von zwei Zoll wurde mit
vier (4) Fuß Packungsmaterial
mit Metallvorsprüngen
von 0,24 Zoll Querschnitt gepackt. Die Einspeisestelle befand sich
in einem Abstand von einem (1) Fuß vom Boden der gepackten Kolonne.
Am oberen Ende der Kolonne war ein Kondensator angebracht, in dem
Kühlwasser
mit sieben Grad Celsius (7°C)
verwendet wurde. Ein Kopfvakuum von zwanzig (20) Ton wurde durch
eine Vakuumpumpe erzeugt, und die resultierende Kopftemperatur betrug
hundertfünf
Grad Celsius (105°C).
Zwei Kühlfallen,
eine mit Eis und die andere mit Trockeneis gefüllt, wurden unmittelbar vor
der Vakuumpumpe angeordnet, um etwaigen Restdampf zu kondensieren.
Das Rücklaufverhältnis war
gleich eins (1).
-
Am
Boden der Kolonne lieferte eine elektrisch beheizte Thermosiphonheizung
mit kleinem Totvolumen von etwa vierhundert Milliliter (400 ml)
die notwendige Wärme
für den
Prozeß.
Das kleine Nachverdampfervolumen und die relativ hohe Zuflußgeschwindigkeit
trugen zu einer kurzen Verweildauer von 0,6 h für den Nachverdampferinhalt
bei und minimierten dadurch Reaktionsverluste der Monomere. Der
Nachverdampfer wurde mit dem Nachlauf beschickt, der aus einem ähnlichen
Experiment gewonnen wurde, bevor Einsatzgut in die Kolonne eingetragen
wurde. Die Flüssigkeit
im Nachverdampfer wurde auf hundertdreiundachtzig Grad Celsius (183°C) gehalten.
-
Diese
Kolonne wurde als Kolonne 12 von 4 betrieben.
Das Ammonolyseprodukt mit siebzehn Prozent (17%) Hexamethylendiamin
("HMD"), neunzehn Prozent
(19%) 6-Aminocapronitril ("ACN"), vierundzwanzig
Prozent (24%) Caprolactam ("CL") und sieben Prozent
(7%) Adiponitril ("ADN") und außerdem mit
hoch- und niedrigsiedenden Materialien (hoch- und niedrigsiedenden
Substanzen) wurde ständig
gerührt
und unter einer Stickstoff-Atmosphäre in einem Zulaufbehälter unter
einem Druck von sieben bis acht (7 bis 8) psig gehalten. Vor dem
Absaugen in die Destillationskolonne durch Druckdifferenz passierte
der Zulaufstrom ein Filter von neunzig Mikrometer (90 μm) und dann
einen elektrischen Vorwärmer,
in dem er auf sechzig Grad Celsius (60°C) erhitzt wurde. Die Zuflußgeschwindigkeit
wurde automatisch mit einem Durchflußregelventil mit dem Signal
von einem Massendurchflußmesser
auf 1,2 kg/h geregelt, um einen Kolonnendruckabfall von fünfzehn (15)
Ton aufrechtzuerhalten.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 4-1 zusammengefaßt.
-
-
KOLONNE 4.2
-
Die
in dem oben beschriebenen Beispiel 2 als Kolonne 2.2 benutzte Destillationskolonne
wurde in 4 als Kolonne 15 betrieben.
Ein Nachlaufstrom aus der ersten Kolonne, der einundvierzig Prozent
(41%) Caprolactam ("CL") und siebzehn Prozent
(17%) Adiponitril ("ADN") und hochsiedende
Substanzen enthielt, wurde nach Durchgang durch ein Filter von neunzig
Mikrometer (90 μm)
in die Kolonne eingespeist. Der in Beispiel 2, Kolonne 2.2, beschriebene
Nachverdampfer wurde gleichfalls verwendet.
-
Um
ein Einfrieren der verschiedenen Ströme zu verhindern, wurden die
zum Destillatauffangbehälter und
zu den Kühlfallen
führenden
Leitungen durch elektrische Heizbänder auf achtzig Grad Celsius
(80°C) gehalten,
und die Nachlaufleitung wurde mit Hochdruckdampf auf etwa hundertdreißig Grad
Celsius (130°C)
erhitzt.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 4-2 dargestellt.
-
-
KOLONNE 4.3
-
Kolonne 36 in 4 war
die gleiche wie Kolonne 2.3 in Beispiel 2.
-
DISKUSSION
-
Die
Vorteile der in den 2, 3 und 4 dargestellten
Trennungen gegenüber
dem in 1 dargestellten Stand der Technik sind in den
niedrigeren Reaktions- und physikalischen Verlusten und höheren Rückgewinnungsbeträgen der
einzelnen Destillationsschritte zu erkennen. Die Tabellen im Vergleichsbeispiel 1
und in den Beispielen 2, 3 und 4 zeigen die Ergebnisse für die einzelnen
Destillationsschritte.
-
Durch
mathematische Kombination der experimentellen Ergebnisse der Einzelschritte
kann man auch die Gesamtrückgewinnung
von nutzbaren Monomeren berechnen. Die berechnete Gesamtrückgewinnung
der Monomere im Vergleichsbeispiel 1 beträgt siebenundsechzig Prozent
(67%). Dagegen beträgt
die berechnete Gesamtrückgewinnung
für die
in 3 dargestellte Trennung fünfundneunzig Prozent (95%),
und die berechnete Gesamtrückgewinnung
für die
in 4 dargestellte Trennung beträgt sechsundneunzig Prozent
(96%).
-
Ein
Experiment zur Veranschaulichung von Kolonne 18 in 2 wurde
nicht ausgeführt.
Wenn jedoch die Monomer-Rückgewinnungsbeträge für diese
Kolonne mit fünfundneunzig
Prozent (95%) angenommen werden, dann läßt sich die Gesamtrückgewinnung
für die
in 2 dargestellte Trennung zu einundneunzig Prozent
(91%) berechnen.