RU2529023C1 - Method for reclamation of n,n-dimethylacetamide in production of high-strength aramid fibres - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention can be used in reclamation of dimethylacetamide (DMAA). The method of reclaiming N,N-dimethylacetamide when producing high-strength aramid fibres includes neutralisation of starting solutions, fractionation of a stretch bath solution in two columns, vacuum evaporation of the mixture of the still residue of a vacuum evaporation apparatus, vacuum fractionation of the evaporated product of the vacuum evaporation apparatus and a third column to obtain the end product. The starting multi-component mixtures are first separated into mixtures containing lithium chloride and mixtures not containing lithium chloride. Mixtures which do not contain lithium chloride are then separated into mixtures containing DMAA and mixtures which do not contain DMAA. A stream which does not contain lithium chloride - a distillate of the vacuum evaporation apparatus and the third vacuum fractionation column - is fed into the last vacuum fractionation column operating at residual pressure of 0.04-0.15 kgf/cm², where vapour of the dimethylacetamide end product is obtained.

EFFECT: high quality of dimethylacetamide as the end product.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области химической промышленности, регенерации технологических растворов производства высокопрочных арамидных нитей и может быть использовано при регенерации диметилацетамида (ДМАА).The invention relates to the field of chemical industry, the regeneration of technological solutions for the production of high-strength aramid yarns and can be used in the regeneration of dimethylacetamide (DMAA).

Из уровня техники известен способ промышленной ректификации растворов в ректификационной установке непрерывного действия, включающий подачу сырья в подогреватель, а затем в середину ректификационной колонны, разделяющей ее на верхнюю укрепляющую секцию и нижнюю исчерпывающую секцию. Паровой поток из верхней зоны укрепляющей секции ректификационной колонны конденсируют в дефлегматоре и разделяют на две части, одну из которых подают в верхнюю зону укрепляющей секции в качестве флегмы, а другую часть - дистиллят - выводят в качестве продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, в холодильник дистиллята и его сборник. В нижней зоне исчерпывающей секции установлен кипятильник кубовой жидкости. Кубовую жидкость, обогащенную высококипящим компонентом, отводят в сборник кубовой жидкости [А.Н.Плановский, Л.И.Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1972, с.306].The prior art method for industrial distillation of solutions in a continuous distillation unit, comprising supplying raw materials to the heater, and then into the middle of the distillation column, dividing it into an upper strengthening section and a lower exhaustive section. The vapor stream from the upper zone of the strengthening section of the distillation column is condensed in a reflux condenser and divided into two parts, one of which is supplied to the upper zone of the strengthening section as reflux, and the other part, distillate, is discharged as a product enriched with a low boiling component into the distillate cooler and his collection. In the lower zone of the exhaustive section, a still water boiler is installed. The bottoms liquid enriched with a high boiling component is discharged into the bottoms collector [A.N. Planovsky, L.I. Nikolayev. Processes and devices of chemical and petrochemical technology. - M .: Chemistry, 1972, p.306].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся большие размеры ректификационной колонны и энергетические затраты, связанные с большими потоками флегмы при необходимости получения дистиллята и кубовой жидкости с высокими концентрациями соответственно низкокипящего и высококипящего компонентов.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the large size of the distillation column and the energy costs associated with large reflux streams when it is necessary to obtain distillate and still liquid with high concentrations of low-boiling and high-boiling components, respectively.

Известен способ разделения многокомпонентных смесей путем ректификации (патент РФ №2091116, 1997), который включает подачу исходной смеси в колонну, противоточное контактирование жидкости и газа на контактных ступенях для отпарки низкокипящих компонентов, нагревание жидкости, стекающей с низа колонны, в испарителе, конденсацию поднимающихся паров в дефлегматоре, отбор верхнего и нижнего продуктов ректификации, при этом осуществляют рециркуляцию исходной смеси до подачи в колонну между сырьевой емкостью и дефлегматором и в качестве охлаждающей жидкости, нагревание в дефлегматоре, отбор и подачу в колонну или испаритель в качестве сырья.A known method of separating multicomponent mixtures by rectification (RF patent No. 2091116, 1997), which includes supplying the initial mixture to the column, countercurrent contacting of the liquid and gas at the contact steps for stripping low boiling components, heating the liquid flowing from the bottom of the column in the evaporator, condensation rising vapor in the reflux condenser, the selection of the upper and lower distillation products, while the initial mixture is recycled before being fed into the column between the feed tank and the reflux condenser and as cooling liquid, heating in a reflux condenser, sampling and feeding into a column or evaporator as a raw material.

Недостатками указанного способа при наличии в исходной смеси растворенных нелетучих веществ являются потери целевого продукта и высокое содержание примесей в нем.The disadvantages of this method in the presence in the initial mixture of dissolved non-volatile substances are the loss of the target product and a high content of impurities in it.

Наиболее близким техническим решением является способ регенерации диметилацетамида (авторское свидетельство СССР №1707093, 1992), по которому раствор подвергают вакуумной ректификации в трех колоннах с боковыми выводами диметилацетамида из первой и третьей колонн. Удаляют дистиллят первой колонны из системы. Дистиллят второй колонны обрабатывают водным раствором гидроксида натрия или калия при соотношении гидроксида натрия или калия (0,005-0,030):1 с последующей вакуум-выпаркой при остаточном давлении 50-200 мм рт.ст. Направляют дистиллят вакуум-выпарного аппарата на третью колонну ректификации и подвергают вакуумной перегонке кубовые остатки всех колонн и вакуум-выпарного аппарата. Дистиллят перегонки направляют в начало процесса, а кубовый остаток сжигают.The closest technical solution is the method of regeneration of dimethylacetamide (USSR author's certificate No. 1707093, 1992), in which the solution is subjected to vacuum rectification in three columns with lateral outlets of dimethylacetamide from the first and third columns. The distillate of the first column is removed from the system. The distillate of the second column is treated with an aqueous solution of sodium or potassium hydroxide at a ratio of sodium or potassium hydroxide (0.005-0.030): 1, followed by vacuum evaporation at a residual pressure of 50-200 mm Hg. The distillate of the vacuum evaporator is sent to the third distillation column and the bottoms of all columns and the vacuum evaporator are vacuum distilled. The distillate is sent to the beginning of the process, and the bottom residue is burned.

Недостатками указанного способа при наличии в исходной смеси растворенных нелетучих веществ являются потери целевого продукта и высокое содержание примесей в нем.The disadvantages of this method in the presence in the initial mixture of dissolved non-volatile substances are the loss of the target product and a high content of impurities in it.

Сущность изобретения заключается в том, что исходная смесь - пластификационная и осадительная ванна, поступающая на разделение, содержит от 12 до 42% диметилацетамида (ДМАА), от 10 до 60% изобутилового спирта (ИБС), а также хлорид лития (LiCl), воду и примеси - остальное до 100%. Способ включает нейтрализацию пластификационной ванны, подачу нейтрализованной ванны на первую ректификационную колонну, где происходит отгонка ИБС и воды. Кубовый остаток колонны смешивают с регенерированным ИБС и направляют на вторую ректификационную колонну для максимального удаления остаточной воды. Дистиллят первой и второй колонн выводят из системы. Нижний продукт второй колонны смешивают с предварительно нейтрализованным раствором осадительной ванны и подают в вакуум-выпарной аппарат. Кубовый остаток вакуум-выпарного аппарата подают на четвертую вакуумную колонну. Кубовый остаток четвертой колонны удаляют из системы. Отгонный продукт вакуум-выпарного аппарата смешивают с отгонным продуктом четвертой колонны и подают на вакуумную ректификацию на пятую колонну. Верхний продукт пятой колонны выводят из системы. Боковым отбором в парах из куба колонны получают целевой продукт, представляющий собой регенерированный ДМАА высокой чистоты, который возвращают в производственный цикл.The essence of the invention lies in the fact that the initial mixture - a plasticizing and precipitation bath, which is fed to the separation, contains from 12 to 42% dimethylacetamide (DMAA), from 10 to 60% isobutyl alcohol (IHD), as well as lithium chloride (LiCl), water and impurities - the rest is up to 100%. The method includes neutralizing a plasticization bath, supplying a neutralized bath to the first distillation column, where IHD and water are distilled off. The bottom residue of the column is mixed with the regenerated coronary heart disease and sent to the second distillation column for maximum removal of residual water. The distillate of the first and second columns is removed from the system. The bottom product of the second column is mixed with a pre-neutralized solution of the precipitation bath and served in a vacuum evaporator. The bottom residue of the vacuum evaporator is fed to the fourth vacuum column. The bottom residue of the fourth column is removed from the system. The distillate product of the vacuum evaporator is mixed with the distillate product of the fourth column and fed to the vacuum distillation in the fifth column. The top product of the fifth column is removed from the system. Lateral selection in pairs from the bottom of the column gives the target product, which is a regenerated DMAA of high purity, which is returned to the production cycle.

Цель изобретения - получение целевого продукта высокой чистоты для его возврата в производственный цикл.The purpose of the invention is to obtain the target product of high purity for its return to the production cycle.

Цель достигается тем, что в способе разделения многокомпонентных смесей разделяют исходные смеси на содержащие хлорид лития и не содержащие его, затем разделяют смеси, не содержащие хлорид лития, на содержащие ДМАА и не содержащие его, а поток, не содержащий хлорид лития - дистиллят вакуум-выпарного аппарата и третьей вакуумной ректификационной колонны - направляют на последнюю колонну вакуумной ректификации, работающую при остаточном давлении 0,04-0,15 кгс/см², где получают в парах целевой продукт.The goal is achieved in that in the method of separation of multicomponent mixtures, the initial mixtures are separated into lithium chloride containing and not containing it, then mixtures containing no lithium chloride are separated into DMAA and not containing it, and the stream containing no lithium chloride is vacuum distillate. the evaporator and the third vacuum distillation column - sent to the last vacuum distillation column, operating at a residual pressure of 0.04-0.15 kgf / cm ² , where the target product is obtained in pairs.

В сравнении с известными техническими решениями предлагаемый способ, в котором из исходного раствора постадийно удаляются нелетучие и низкокипящие компоненты смеси, после чего на ректификацию подается обогащенная ДМАА смесь, позволяет получать целевой продукт с чистотой, допускающей его многократное повторное использование в производственном цикле.In comparison with the known technical solutions, the proposed method, in which non-volatile and low boiling components of the mixture are stepwise removed from the initial solution, after which the enriched DMAA mixture is fed to the rectification, allows to obtain the target product with a purity that allows its repeated use in the production cycle.

На фиг.1 изображена схема способа регенерации N,N-диметилацетамида, гдеFigure 1 shows a diagram of a method for the regeneration of N, N-dimethylacetamide, where

1 - сырьевая емкость1 - raw material capacity

2 и 3 - нейтрализаторы2 and 3 - neutralizers

4 - ректификационная колонна4 - distillation column

5 - промежуточная емкость5 - intermediate tank

6 - смеситель6 - mixer

7 - ректификационная колонна7 - distillation column

8 - сборная емкость8 - collecting capacity

9 и 10 - нейтрализаторы9 and 10 - neutralizers

11 - барометрическая емкость11 - barometric capacity

12 - вакуум-выпарной аппарат12 - vacuum evaporator

13 - барометрическая емкость13 - barometric capacity

14 - вакуумная колонна14 - vacuum column

15 - сборная емкость15 - collecting tank

16 - вакуумная колонна для получения регенерированного ДМАА.16 - vacuum column to obtain a regenerated DMAA.

Стрелки показывают поступления ванн - пластификационной в сырьевую емкость 1, а осадительной - в сборную емкость 8.The arrows show the inflow of plastification baths into the raw material tank 1, and sedimentary baths into the collection tank 8.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Раствор пластификационной ванны из сырьевой емкости 1 подают в нейтрализаторы 2, 3, где подвергают нейтрализации и направляют на ректификационную колонну 4, где происходит укрепление по ДМАА. Кубовый остаток колонны направляют в промежуточную емкость 5, откуда подают в смеситель 6 на смешение с обезвоженным изобутанолом. Смесь направляется на ректификационную колонну 7 для максимального удаления остаточной воды. Дистиллят колонн 4 и 7 удаляют из системы. Кубовый остаток колонны 7 собирают в сборной емкости 8, где смешивают с раствором осадительной ванны. Смесь нейтрализуют в нейтрализаторах 9, 10 и направляют в барометрическую емкость 11, откуда подают в вакуум-выпарной аппарат 12. Кубовый остаток вакуум-выпарного аппарата собирают в барометрической емкости 13, откуда подают на вакуумную колонну 14. Отгонный продукт вакуум-выпарного аппарата собирается в сборной емкости 15, где смешивается с отгонным продуктом вакуумной колонны 14. Смесь подается на вакуумную ректификацию на колонну 16 для получения регенерированного ДМАА.The solution of the plasticization bath from the raw material tank 1 is fed into the neutralizers 2, 3, where they are neutralized and sent to the distillation column 4, where DMAA strengthening takes place. The bottom residue of the column is sent to an intermediate tank 5, from where it is fed to the mixer 6 for mixing with dehydrated isobutanol. The mixture is sent to distillation column 7 to maximize the removal of residual water. The distillate of columns 4 and 7 is removed from the system. The bottom residue of the column 7 is collected in a collection tank 8, where it is mixed with a solution of a precipitation bath. The mixture is neutralized in the converters 9, 10 and sent to the barometric tank 11, from where it is fed to the vacuum evaporator 12. The bottom residue of the vacuum evaporator is collected in the barometric tank 13, from where it is fed to the vacuum column 14. The distillate product of the vacuum evaporator is collected in collection tank 15, where it is mixed with the stripping product of the vacuum column 14. The mixture is fed to a vacuum distillation column 16 to obtain a regenerated DMAA.

Согласно предлагаемому способу полученный при производстве арамидных нитей водно-изобутанольный раствор ДМАА, содержащий 12 мас.% ДМАА и 0,07% соляной кислоты (пластификационная ванна), в количестве до 10000 кг/ч нейтрализуют водным раствором гидроокиси лития и подают на 7 или 10 тарелку ректификационной колонны 4 эффективностью 24 практических тарелки, работающей при атмосферном давлении. Дистиллят ректификационной колонны 4, представляющий собой водно-изобутанольную смесь, содержащую до 0,05 мас.% ДМАА, отбирают при 95-99°C и удаляют из системы. Кубовый остаток выводят при 110-115°C в количестве до 3000 кг/ч, смешивают с безводным изобутанолом в соотношении 1/4 и подают на 7 тарелку ректификационной колонны 7. Ректификационная колонна 7 эффективностью 23 практических тарелки работает при атмосферном давлении. Дистиллят колонны 7, представляющий собой водно-изобутанольную смесь, содержащую до 0,05 мас.% ДМАА, отбирают при 87-92°C и удаляют из системы. Кубовый остаток выводят при 120-130°C в количестве до 3900 кг/ч. Водно-изобутанольный раствор ДМАА, содержащий 38 мас.% ДМАА и 0,07% соляной кислоты (осадительная ванна), в количестве до 3500 кг/ч нейтрализуют водным раствором гидроокиси лития, смешивают с кубовым остатком колонны 7 и направляют на вакуум-выпарной аппарат 12. Кубовый остаток вакуум-выпарного аппарата подают на вакуумную колонну 14 эффективностью 20 практических тарелок. Колонна 14 работает при давлении внизу и вверху колонны 0,11-0,14 кгс/см² и 0,02-0,08 кгс/см² соответственно. Дистиллят вакуум-выпарного аппарата 12 смешивают с отгонным продуктом колонны 14 и подают в качестве питания на 27 или 31 тарелку вакуумной колонны 16 в количестве до 5000 кг/ч. Вакуумная колонна 16 эффективностью 40 практических тарелок работает при давлении внизу и вверху колонны 0,12-0,15 кгс/см² и 0,04-0,06 кгс/см² соответственно. Дистиллят ректификационной колонны 16, представляющий собой водно-изобутанольную смесь, содержащую до 0,05 мас.% ДМАА, отбирают при 50°C и удаляют из системы. Боковым выводом между вводом питания в колонну 16 и отбором кубового остатка отводят целевой продукт в парах, содержащий до 0,05% воды, 0,05% изобутанола, 0,03% уксусной кислоты, в количестве 1200 кг/ч. Кубовый остаток колонны 16, представляющий собой ДМАА, загрязненный уксусной кислотой, монометилацетамидом и другими примесями, удаляют из системы.According to the proposed method, the water-isobutanol solution of DMAA obtained in the production of aramid filaments containing 12 wt.% DMAA and 0.07% hydrochloric acid (plasticizing bath) in an amount of up to 10,000 kg / h is neutralized with an aqueous solution of lithium hydroxide and fed to 7 or 10 a plate of distillation column 4 with an efficiency of 24 practical plates operating at atmospheric pressure. The distillation distillation column 4, which is a water-isobutanol mixture containing up to 0.05 wt.% DMAA, is taken at 95-99 ° C and removed from the system. VAT residue is removed at 110-115 ° C in an amount of up to 3000 kg / h, mixed with anhydrous isobutanol in a ratio of 1/4 and served on a 7 plate distillation column 7. Distillation column 7 with an efficiency of 23 practical plates operates at atmospheric pressure. The distillate of column 7, which is a water-isobutanol mixture containing up to 0.05 wt.% DMAA, is taken at 87-92 ° C and removed from the system. VAT residue is removed at 120-130 ° C in an amount up to 3900 kg / h. An aqueous isobutanol solution of DMAA containing 38 wt.% DMAA and 0.07% hydrochloric acid (precipitation bath), in an amount of up to 3500 kg / h, is neutralized with an aqueous solution of lithium hydroxide, mixed with the bottom residue of column 7 and sent to a vacuum evaporation apparatus 12. The bottom residue of the vacuum evaporator is fed to the vacuum column 14 with an efficiency of 20 practical plates. Column 14 operates at a pressure below and above the column of 0.11-0.14 kgf / cm ² and 0.02-0.08 kgf / cm ^2, respectively. The distillate of the vacuum evaporator 12 is mixed with the distillate product of the column 14 and served as food on a 27 or 31 plate of the vacuum column 16 in an amount of up to 5000 kg / h. The vacuum column 16 with an efficiency of 40 practical plates operates at a pressure at the bottom and top of the column of 0.12-0.15 kgf / cm ² and 0.04-0.06 kgf / cm ^2, respectively. The distillate of distillation column 16, which is a water-isobutanol mixture containing up to 0.05 wt.% DMAA, is taken at 50 ° C and removed from the system. The lateral conclusion between the power input to the column 16 and the selection of the bottom residue is withdrawn of the target product in pairs containing up to 0.05% water, 0.05% isobutanol, 0.03% acetic acid, in an amount of 1200 kg / h. The bottom residue of column 16, which is DMAA, contaminated with acetic acid, monomethylacetamide and other impurities, is removed from the system.

Полученный продукт с чистотой до 99,9% используют повторно в производстве высокопрочных арамидных нитей. Выход ДМАА (эффективность регенерации) составляет не менее 95,5%.The resulting product with a purity of up to 99.9% is reused in the production of high-strength aramid yarns. The yield of DMAA (regeneration efficiency) is at least 95.5%.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.An analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable population, unknown at the priority date of the prior art of the necessary features, sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.

Заявленный объект соответствует требованиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.The claimed object meets the requirements of patentability "novelty", "inventive step" and "industrial applicability" under applicable law.

Claims (1)

Способ регенерации N,N-диметилацетамида в производстве высокопрочных арамидных нитей, включающий нейтрализацию исходных растворов, ректификацию раствора пластификационной ванны в двух колоннах, вакуумную выпарку смеси кубового остатка второй колонны и осадительной ванны, ректификацию кубового остатка вакуум-выпарного аппарата, вакуумную ректификацию отгонного продукта вакуум-выпарного аппарата и третьей колонны с получением целевого продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения качества конечного продукта, исходные многокомпонентные смеси вначале разделяют на содержащие хлорид лития и не содержащие его, затем разделяют смеси, не содержащие хлорид лития, на содержащие ДМАА и не содержащие его, а поток, не содержащий хлорид лития - дистиллят вакуум-выпарного аппарата и третьей вакуумной ректификационной колонны - направляют на последнюю колонну вакуумной ректификации, работающую при остаточном давлении 0,04-0,15 кгс/см², где получают в парах целевой продукт диметилацетамид. A method for the regeneration of N, N-dimethylacetamide in the production of high-strength aramid yarns, including the neutralization of initial solutions, rectification of a solution of a plasticization bath in two columns, vacuum evaporation of a mixture of bottom residue of a second column and a precipitation bath, distillation of a bottom residue of a vacuum evaporation apparatus, vacuum distillation of a distant product vacuum -vapor apparatus and the third column to obtain the target product, characterized in that, in order to improve the quality of the final product, the initial multicomponent The tent mixtures are first separated into lithium chloride containing and not containing it, then mixtures not containing lithium chloride are divided into DMAA containing and not containing it, and the stream containing no lithium chloride — the distillate of the vacuum evaporator and the third vacuum distillation column — is sent on the last column of vacuum distillation, operating at a residual pressure of 0.04-0.15 kgf / cm ² , where the target product is obtained in pairs dimethylacetamide.

Images