Адипиновая кислота (стр. 2 из 5)
Наиболее распространен в настоящее время метод окисления азотной кислотой продуктов воздушного окисления циклогексана. Наиболее широко в промышленности используется двустадийный процесс, в котором на второй стадии окисление проводят азотной кислотой. Такие процессы оказались особенно эффективными при создании комбинированных производств капролактама и адипиновой кислоты.
Учитывая большие масштабы производства адипиновой кислоты, особое внимание уделяется созданию непрерывных схем окисления циклогексанола или его смесей с циклогексаноном азотной кислотой. Для промышленного производства адипиновой кислоты широко используется окисление циклогексанола азотной кислотой. При этом применяют циклогексанол, полученный окислением циклогексана воздухом или гидрированием фенола, а также сырую смесь продуктов окисления циклогексана воздухом, полученную после отгонки непрореагировавшего циклогексана.
Известны периодический и непрерывный методы производства адипиновой кислоты. Приводим технологическую схему периодической установки (І7) (См. Рис.1).
Для окисления применяется б0-б5%-ная азотная кислота. После её нагревания а реакторе до 50°С туда же подают в течение 1,5 часа цикло-гексанол. Так как реакция протекает с выделением значительного количества тепла, в змеевик реактора подают для охлаждения воду, поддерживая температуру 62-67 °С. Во время окисления реакционную смесь интенсивно перемешивают, а по окончании подачи циклогексанола продувают воддухом 40-45 мин. при 80˚С для удаления нитрозных газов. Далее реакционную смесь охлаждают в кристаллизаторе до 20˚С и полученную суспензию разделяют на нутч-фильтре.
Выделенную адипиновую кислоту растворяют в деминерализованной воде и после перекристаллизации сушат в барабанной сушилке. Высушенная адипиновая кислота содержит около 0,1% влаги.
Рис.1. Схема установки периодического действия для получения адипиновой кислоты окислением циклогексанола азотной кислотой: 1-напорный мерник азотной кислоты; 2 – напорный мерник циклогексанола; 3 – каплеотбойник; 4 – холодильник; 5 – сепаратор; 6 - реактор окисления циклогексанола азотной кислотой; 7,10- кристаллизаторы, 8,11 – нутч-фильтры; 9 – растворитель; 12 – мерник деминерализованной воды; 13 – сушильный барабан; 14 – циклон.
Специалисты Северодонецкого филиала Восточноукраинского госуниверситета Т.Б. Колесникова, В.М. Каут и др. приводят данные окисления циклогексанола азотной кислотой в присутствии органических примесей-активаторов (18). Определено положительное действие этих примесей на селективность процесса, изучена возможность щавелевой кислоты активизировать процесс окисления циклогексанола азотной кислотой до адипиновой кислоты. Введение активаторов в реакционную массу способствует повышению селективности до 94-95% и снижению количество отходов. Щавелевая кислота, которая образуется в небольших количествах, полностью разлагается, повышая селективность процесса (См. табл.2 ) (18).
Широко распространен в мире промышленный метод получения адипиновой кислоты окислением смеси циклогексанона и циклогексанола, а также сырой смеси продуктов воздушного окисления циклогексана. При использовании сырой смеси отпадает необходимость выделения чистых циклогексанона и циклогексанола ректификацией. Кроме того в сырой смеси содержится некоторое количество адипиновой кислоты, а также имеются побочные продукты окисления, которые в процессе доокисления азотной кислотой дают дополнительное количество адипиновой кислоты.
Таблица 2
| суміші, % | % | |||
| 1 | За відсутності добавки | 0 | 4 | 88,4 |
| 2 | Cu-V каталізатор | 0,2 | 5 | 92,5 |
| 3 | Щавлева кислота | 0,015 | 6 | 89,6 |
| 4 | Те ж саме | 0,025 | 5 | 90,5 |
| 5 | -«- | 0,1 | 0 | 94,0 |
| 6 | -«- | 0,11 | 7 | 93,7 |
| 7 | Гліцерин | 0,015 | 4 | 89,4 |
| 8 | Те ж саме | 0,025 | 0 | 90,0 |
| 9 | -«- | 0,16 | 8 | 95,8 |
| 10 | -«- | 0,17 | 6 | 95,6 |
| 11 | Етиленгліколь | 0,015 | 4 | 89,4 |
| 12 | -«- | 0,025 | 9 | 89,9 |
| 13 | -«- | 0,078 | 0 | 92,0 |
| 14 | -«- | 0,09 | 6 | 89,6 |
Сырую смесь продуктов воздушного окисления циклогексана используют для производства адипиновой кислоты многие зарубежные фирмы (США, Японии и др.). В качестве окислителя применяют 50-60% азотную кислоту. Поступающая на окисление сырая смесь после отгонки непревращенного циклогексана содержит 28,4% циклогексанона, 29,6 - циклогексанола, 3,2% -сложных эфиров и около 10% воды. Окисление азотной кислотой ведут в присутствии катализатора, состоящего из меди и ванадия. Температуру процесса поддерживают в пределах 55-585˚С. При этих условиях выход адипиновой кислоты достигает 90-93% от теоретического. В промышленных условиях рекомендуется применять аппараты с выносными холодильниками, так как это дает возможность путем изменения количества циркулирующей реакционной смеси более тонко регулировать концентрацию азотной кислоты в месте её смешения с органическим сырьем. В крупных промышленных установках процессведут в двух трубчатых реакторах, установленных последовательно. Температуру в первом реакторе поддерживают ~70°С, во втором ~ 100˚С. Практически отношение количества циркулирующей смеси к количеству подаваемого на окисление органического сырья достигает 50:1. Реакционную смесь после окончания окисления продувают горячим воздухом, для удаления окислов азота и передают в дистилляционную установку для концентрирования. Концентрирование с целью уменьшения коррозии проводят в вакууме. В процессе концентрирования удаляются некоторые побочные продукты реакции (валерьяновая и масляная кислоты и др.). Стадия извлечения, адипиновой кислоты из упаренного реакционного раствора состоит в кристаллизации (однократной, или двукратной), которую проводят при 40-50°С. После центрифугирования маточный раствор повторно упаривают и снова подвергают кристаллизации. После второй кристаллизации основное количество маточного раствора возвращают в реактор окисления. Во избежание накопления низших дикарбоновых кислот часть маточного раствора выводят из цикла (17).
Выбор периодической или непрерывной схемы зависит в основном от требуемой производительности установки. В свою очередь, производительность определяется такими факторами, как способ отвода тепла реакции, время контактареагентов, необходимое для завершения процесса окисления, а также время, необходимое для выделения из реакционной смеси нитрозных газов.
При выборе типа реактора окисления следует учитывать также следующие обстоятельства:
- для поддержания постоянных оптимальных условий реакции (температура, концентрация и др.) необходимо интенсивное перемешивание реакционной смеси;
- для обеспечения хорошей регенерации азотной кислоты из реакционных газов и из жидких продуктов реакции необходимо возможно более полное выделение нитрозных газов;
- для увеличения выхода адипиновой кислоты и улучшения абсорбции окислов азота из реакционных газов целесообразно применение повышенного давления в реакторах окисления.
Для установок производительностью не более 0,5 т/ч рекомендуется периодическая схема производства адипиновой кислоты. В такой схеме в качестве реактора может быть использован аппарат, снабженный эффективным переценивающим устройством, а также рубашкой и змеевиками для охлаждения.
Для установок большей производительности целесообразнее непрерывная схема процесса. В этом случае легче поддерживать оптимальные температуру и концентрации реагентов путем проведения процесса в двух последовательно установленных автоклавах (См. схему Рис.2)
Рис.2 Органическое
При окислении чистыхциклогексанола или циклогексанона, а также их смесей по непрерывной схеме выход адипиновой кислоты может составить более 90% от теоретического при длительности контакта реагентов 10 мин. в каждом реакторе.
Если производительность установки превышает 1 т/ч адипиновой кислоты, рекомендуется применять трубчатые реакторы, у которых поверхность теплообмена велика сравнительно с реакционным объемом, что имеет первостепенное значение при осуществлении реакций с большим выделением тепла. Первый и второй реакторы соединены последовательно (См. схему Рис.3).
 |
Выделение адипиновой кислоты из реакционных растворов может осуществляться периодическим или непрерывным способом. Технологическая схема выделения адипиновой кислоты периодическим способом представленана Рис.4.
Рис.3. Схема установки с двумя трубчатыми реакторами для проведения процесса под давлением 2-5 ат: 1-циркуляционный насос, 2 – реакторы, 3- нагреватель, 4- сепараторы, 5- отдувочная колонна, 6- колонна концентрирования.
 |
Рис.4. Периодическая схема выделения адипиновой кислоты: 1-приемный сборник; 2,8- кристаллизаторы; 3,9- холодильники; 4,7,10 – буферные сборники; 5,11 –центрифуги; 6- сборник-растворитель; 12- сушильный барабан.
Для получения адипиновой кислоты высокого качества раствор адипиновой кислоты перед перекристаллизацией обрабатывают активированным углем осветляющим марки А. Данный процесс выделения адипиновой кислоты малопроизводителен и может быть использован в производствах небольшой мощности. Главная причина, которая ограничивает производительность процесса, является периодичность основных технологических стадий и техническое несовершенство аппаратуры, применяемой в процессе кристаллизации. При кристаллизации данным способом суспензия содержит кристаллы разной величины, для полного выделения которых малопригодны высокопроизводительные центрифуги, поэтому отделение кристаллов в большинстве случаев приходится производить на фильтрах. Кроме того обильное отложение кристаллов на стенках кристаллизаторов препятствует интенсивному теплообмену. И чтобы уменьшить осаждение кристаллов и улучшить условия теплообмена, приходится осуществлять интенсивную циркуляцию раствора с линейной скоростью около 3 м/сек. Однако при такой скорости циркуляции происходит дополнительное механическое измельчение кристаллов. Все эти обстоятельства усложняют механизацию и автоматизацию процесса и вызывают необходимость применения малопроизводительного ручного труда. Вследствие этого использование периодического способа выделения адипиновой кислоты для крупнотоннажных производств нецелесообразно.