ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 194
Скачиваний: 1
тролита насосами подаются в линию циркулирующего католита. Пройдя катодную камеру электролизера 4, католит возвращается в сборник 5. Из этого сборника по мере необходимости католит от бирают для выделения адиподинитрила. На линии циркулирующего католита установлен рН-метр 6 (рН раствора поддерживают в пре делах 8,5—9) и теплообменник 7 для охлаждения электролита. Анолит из сборника 1 через теплообменник 2 подается насосом в анод ную камеру и возвращается в сборник /. Сборник оборудован воз душным конденсатором, позволяющим выводить анодные газы. Диф ференциальный манометр 3 позволяет уравнивать давление по обе стороны диафрагмы.
Раствор, отводимый из катодной камеры, содержит (в % ) :
Акрилонитрил |
16 |
Вода |
31 |
Адиподинитрил |
16 |
Четвертичная соль аммония . |
37 |
Он подвергается дальнейшей переработке8 3 для выделения ади- подинитрила-сырца по следующей технологической схеме (рис. 30). Раствор подается на фильтр / для отделения от твердых примесей.
|
|
|
|
|
|
|
|
Янн |
Дкрилонитрил |
|
Раствор после |
|
|
|
|
|
|
|
|||
электролиза |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Акрилонитрил |
|
у |
|
|
|
|
|
|
|
Вода |
|
иштншприл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-5 |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
Пропио- |
|
|
|
|
|
I |
г - |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
нитрал |
|
|||
|
|
|
|
|
Ндиподинитрил- |
|
1* |
Влажный |
||
|
|
|
|
|
|
сырец |
|
1HL |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
га |
акрилонитрил |
Осадок |
|
|
|
|
|
|
10 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Четвертичная |
J |
|
|
|||
|
|
|
|
соль |
аммония |
Вода, |
смола |
|
||
Рис . 30. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Технологическая схема выделения |
адиподинитрнла-сырца: |
|||||||||
/ — фильтр; |
2 — экстракторы; |
3,5,9 |
— колонны; |
4, |
8, |
10 - • флорентийские сосуды; |
||||
|
|
|
|
- сборник; 7 — испаритель. |
|
|
Отфильтрованный раствор направляется в первый экстрактор 2. Предварительно фильтрат разбавляют водной фазой из второго экстрактора 2. Сверху в экстрактор вводят в качестве экстрагента акрилонитрил. Отделяющаяся органическая фаза, содержащая ади подинитрил, направляется в следующий экстрактор 2, который слу жит в основном для удаления четвертичной соли аммония.
Водная фаза, содержащая четвертичную соль аммония и неболь-
90
шие количества |
акрилонитрила, выходит из первого экстрактора 2 |
в испаритель 7. |
Режим испарителя поддерживают таким, чтобы |
концентрация выходящего раствора четвертичной соли аммония |
|
составляла 45—75% (этот раствор направляется на стадию электро |
|
лиза). Пары, выходящие из испарителя, конденсируются, и жид |
|
кость направляется во флорентийский сосуд 8, в котором также вы |
|
деляются водная |
и органическая фазы. Водная фаза возвращается |
на экстракцию, а органическая фаза, содержащая преимущественно акрилонитрил, направляется в отпарную колонну 9 для выделения акрилонитрила. В эту же колонну частично подается водная фаза из флорентийского сосуда 4. В колонне 9, работающей при атмосфер ном давлении, отгоняется азеотропная смесь акрилонитрил — вода, которая разделяется во флорентийском сосуде 10. Органическая фаза, содержащая акрилонитрил, возвращается на электролиз, а водная — в колонну 9 для отгонки растворенного в ней акрилонитри ла. Внизу колонны отбирается водный слой, содержащий высококипящие продукты, которые являются отходом производства.
Органическая фаза из второго экстрактора 2 направляется в ко лонну 3 для отделения легкокипящей фракции (акрилонитрил, пропионитрил и вода) от адиподинитрила. Колонна работает при атмос ферном давлении; температура 170—225 °С. Отходящие пары кон денсируются и разделяются во флорентийском сосуде 4, из которого водную фазу направляют в колонну 9, а органический слой посту пает в колонну 5 для отделения пропионитрила (если содержание пропионитрила невелико, органическая фаза может быть непосред ственно возвращена на стадию электролиза). Акрилонитрил, вы деленный в колонне 5, собирают в сборнике 6 и возвращают в про изводство; пропионитрил отбирают с низа колонны. Отделяющаяся в сборнике 6 водная фаза также направляется в колонну 9. С низа колонны 3 отбирается адиподинитрил-сырец, содержащий этиленциангидрин, дицианодиэтиловый эфир, следы четвертичной соли аммония и олигомеров акрилонитрила. Дальнейшая очистка адипо- динитрила-сырца описана в гл. V I (стр. 161).
Для нормальной работы всех колонн, в которых присутствует в большом количестве акрилонитрил, необходимо введение стаби лизатора (я-аминофенола, диметиланилина и др.) в количестве 5— 300 м л н - 1 для предупреждения образования полимерных продуктов.
Описанный процесс успешно эксплуатируется8 4 . Трудности спе цифического характера, возникшие при пуске, были в короткие сро ки устранены. Так, потребовалось введение системы блокировки для отключения электролизеров, на которых вследствие плохого охлаждения возрастало напряжение. Кроме того, была введена очи стка электролита от примесей тяжелых металлов (особенно железа), разработаны ионообменные, мембраны, выдерживающие длитель ный срок службы без растрескивания. В результате этих мероприя тий стабильный выход адиподинитрила составил 95%.
Электролиз8 0 акрилонитрила в гетерофазной среде (в водном растворе фосфата калия). Использование магнетитового анода
91
в электролизере без диафрагмы позволило снизить |
напряжение при |
|||||||||
электролизе. Кроме |
того, отпала необходимость в ингибиторах по |
|||||||||
лимеризации, роль |
которых выполняет анодный кислород. Катодом |
|||||||||
служит графит. Эти электродные материалы |
(графит и магнетит) |
|||||||||
|
|
определяют конструкцию элект |
||||||||
|
|
ролизера. Для промышленного |
||||||||
|
Элентрапат |
производства |
принят |
|
электро |
|||||
|
лизер блочного типа8 1 , пред |
|||||||||
|
|
|||||||||
|
|
ставленный на рис. 31. Корпу |
||||||||
|
|
сом |
электролизера |
|
является |
|||||
|
|
графитовый блок, в котором про |
||||||||
|
|
сверлены |
цилиндрические |
от |
||||||
|
|
верстия. |
|
В них |
вставляются |
|||||
|
|
магнетитовые |
стержни. Зазор |
|||||||
|
|
между магнетитовым |
анодом и |
|||||||
|
|
графитовым катодом составляет |
||||||||
|
|
12—15 мм. Ввиду того что маг |
||||||||
|
|
нетит обладает |
низкой |
электро |
||||||
|
|
проводностью, |
аноды |
|
готовят, |
|||||
|
|
нанося |
тонкий |
слой |
окислов |
|||||
|
|
железа |
на стальные |
|
стержни: |
|||||
|
|
стальные стержни |
нагревают в |
|||||||
|
|
атмосфере |
водяного |
пара |
при |
|||||
Графитовый |
Магнетитовые |
950—1000 °С в течение 20—40 ч. |
||||||||
. катод |
аноды |
При |
взаимодействии |
|
железа с |
|||||
Электролит |
водой на поверхности |
|
стержней |
|||||||
образуется пленка окислов же |
||||||||||
Рис. 31. Общий вид промышленного |
леза |
(магнетита) |
толщиной |
0,5 |
||||||
—10 |
мм, |
имеющая |
|
хороший |
||||||
электролизера. |
электрический |
и |
механический |
|||||||
|
|
|||||||||
|
|
контакт |
с |
основой. |
|
|
|
|||
Процесс получения адиподинитрила осуществляется по следую |
||||||||||
щей схеме (рис. 32). Водный раствор |
К3РО4 и |
акрилонитрил из мер |
ников 2 и 3 в отношении 1 : 0,5 загружают в электролизер 4 и далее в холодильник 5 при работающем циркуляционном насосе. После заполнения электролизера и холодильника 5 устанавливают такую скорость циркуляции, чтобы реакционная смесь находилась в со стоянии тонкой эмульсии в межэлектродном пространстве (не ме нее 0,2 м/с). После начала электролиза из мерника 1 приливают 1 н. раствор фосфата тетраэтиламмония (5% от загруженного раствора К 3 Р 0 4 ) .
По мере электролиза из мерника 3 в электролизер непрерывно подают акрилонитрил (4,8—5 кг на 1000 А-ч). В процессе электро лиза часть воды расходуется, поэтому для компенсации этих потерь, из мерника / непрерывно дозируется раствор фосфата тетраэтилам мония (350 мл на 1000 А-ч). В результате коррозии магнетитовых анодов образуется фосфат железа, поэтому водную фазу, циркулирую щую в электролизере, периодически, не реже одного раза в пять
92
суток, анализируют на содержание фосфора. В случае необходимости из мерника 2 подают расчетное количество фосфата калия. Раствор после электролиза содержит (в % ) :
Адиподинитрил |
|
30—32 |
Пропионитрил |
|
0,5—3,0 |
Смолообразные |
продукты |
0,4—3,0 |
Четвертичные |
соли аммония, не более |
0,1—0,05 |
Остальное составляет непрореагировавший акрилонитрил. Вы ход адиподинитрила достигает 88—90%.
Рис . 32. Технологическая схема электролиза акрилонитрила в гетерофазной среде:
/,2,3 — мерники; 4 — электролизер; 5 — холодильник; 6 — абсорбер; 7 — фазоразделитель; £, 11, Н — колонны; 9, 12, 15, 18 — сборники; 10 — дефлегматор; 13, 17 — холодильники; 16 — ап парат для перегонки адиподинитрила.
Органический слой после электролиза непрерывно отводится через фазоразделитель 7. Четвертичные соли аммония удаляют при промывке органического слоя водой в колонне 8. Предварительно вода проходит через абсорбер 6, в который из электролизера посту пают газообразные продукты. Пары акрилонитрила, увлекаемые из электролизера, улавливаются водой. Пройдя абсорбер, вода, со держащая акрилонитрил, поступает на промывку органического слоя в экстракционную колонну 8 с насадкой, работающей по прин ципу флорентийского сосуда. Ввиду малой растворимости четвертич ной соли аммония в органическом слое для извлечения основной части соли достаточно однократной промывки.
Далее органический слой подвергается ректификации для выде ления акрилонитрила, не вступившего в реакцию, с целью возвра-
93
щения его на электролиз. Электролиз ведется в водной среде, поэто му нет необходимости освобождать выделенный акрилонитрил от воды. Кроме того, небольшое количество пропионитрила (до 3%) не оказывает каких-либо нежелательных влияний на процесс элек тролиза. Акрилонитрил с таким количеством примесей выделяют в колонне И, работающей при нормальном давлении; температура верха колонны 67,5 °С. Сверху отгоняются азеотропная смесь акри лонитрил — вода, акрилонитрил и частично пропионитрил.
Дистиллят расслаивается в сборнике 12. Верхний слой, содер жащий до 96% акрилонитрила, до 1% пропионитрила и ~ 3 % воды, без дополнительной очистки возвращается на электролиз. Нижний слой (92,7% воды и 7,3% акрилонитрила) направляется в колонну 8
для извлечения |
четвертичной соли |
аммония |
и затем возвращается |
на электролиз. |
Кубовой остататок |
колонны |
/ / содержит около 2% |
пропионитрила. Он отгоняется в колонне 14, работающей при оста
точном давлении 400 мм рт. ст. и температуре верха |
колонны 66 °С, |
и собирается в сборнике 15. Чистота выделенного |
пропионитрила |
90%. |
|
Кубовый остаток колонны 14 представляет собой |
адиподинитрил- |
сырец, содержащий до 94% основного вещества и около 6% смолооб-
разных продуктов. Последние |
состоят |
в основном (более 70%) из |
||||||
продукта |
тримеризации |
акрилонитрила |
1-(6-цианоэтил)-адиподи- |
|||||
нитрила. Адиподинитрил |
из указанной |
смеси выделяют вакуумной |
||||||
перегонкой |
в аппарате |
16 |
при остаточном |
давлении |
около |
|||
10 мм рт. ст. При этом давлении адиподинитрил |
кипит при 154— |
|||||||
158 °С. Для более полного извлечения адиподинитрила |
температуру |
|||||||
в аппарате 16 повышают до 180—200 °С. |
Выделенный |
адиподини |
трил содержит до 99% основного вещества. Для употребления в про изводстве АГ-соли требуется более тонкая очистка адиподинитрила (см. гл. V I , стр. 161).
Кубовый остаток из аппарата 16 представляет собой густую жидкость темно-коричневого цвета (относительная плотность 1,03— 1,06), растворимую в диметилформамиде и ацетоне.
Другая схема выделения адиподинитрила8 5 из продуктов элек тролиза (рис. 33) предусматривает расслаивание раствора в фазоразделителе 2 на органическую и водную фазы. Обе фазы поступают затем в ректификационную колонну 3. Акрилонитрил, пропионит рил, этиленциангидрин и частично вода, испаряясь, поднимаются по этой колонне вверх и направляются в колонну 4. В колонне 4 отго няется азеотропная смесь акрилонитрил — вода; вода, пропионит рил и этиленциангидрин выводятся из системы. Акрилонитрил воз вращается на электролиз, а водная фаза направляется на экстрак цию в колонну 7.
Адиподинитрил, р,(3'-дицианодиэтиловый эфир, четвертичная соль аммония и часть воды из куба колонны 3 поступают в фазоразделитель 6, где разделяются на водную и органическую фазы. Вод ная фаза возвращается в электролизер /, а органическая проходит экстракционную колонны 7 для отделения четвертичной соли аммо-
94
ния и поступает в испаритель 8. Здесь отгоняются вода, акрилонитрил и этиленциангидрин, пары которых возвращаются на рек тификацию в колонну 3. Неиспарившийся остаток перегоняют в ко лонне 9. С верха колонны отбирают адиподинитрил, а кубовый оста ток, содержащий В,6'-дицианодиэтиловый эфир, адиподинитрил
Пропионитрил, этиленциангидрин
Рис. 33. Технологическая схема выделения адиподинитрила-сыриа из гетерофазной смеси:
/ — электролизер; 2, 5, 6 — фазоразделители; 3, 4,7,9 — ректификационные колонны; 8, 10 — испарители.
и олигомеры акрилонитрила, поступает в испаритель 10 на дополни тельное выделение адиподинитрила. Пары адиподинитрила из этого аппарата вновь проходят испаритель 8, а кубовый остаток выбра сывается.
Сопоставляя рассмотренные методы восстановления акрилонит рила, можно ориентировочно оценить их перспективность. Прежде всего следует отметить, что гидродимеризация акрилонитрила в присутствии водорода пока не позволяет получать адиподинитрил с удовлетворительным выходом. Существенным недостатком метода является также малая селективность. Очевидно, данный метод нуждается в коренном усовершенствовании.
Катодное восстановление и восстановление амальгамами щелоч ных металлов имеют довольно близкие показатели8 6 , например, расход акрилонитрила и электроэнергии на 1 т адиподинитрила, получаемого различными методами, приведен ниже8 7 -
Процесс |
Расход акри- |
Расход элек- |
лонитрила, |
троэнергии, |
|
|
Т/Т |
К В Т ' Ч / Т |
Восстаноапение амальгамой калия |
1,132 |
4390 |
Катодное восстановление в растворе соли |
|
|
четвертичного аммония |
1,08 |
5650 |
Катодное восстановление в среде |
фосфата, |
|
без диафрагмы |
1,19 |
4300 |
95