WO2004087639A1 - Verfahren zur reinigung von dimethylacetamid (dmac) - Google Patents

Verfahren zur reinigung von dimethylacetamid (dmac) Download PDF

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WO2004087639A1
WO2004087639A1 PCT/EP2004/003595 EP2004003595W WO2004087639A1 WO 2004087639 A1 WO2004087639 A1 WO 2004087639A1 EP 2004003595 W EP2004003595 W EP 2004003595W WO 2004087639 A1 WO2004087639 A1 WO 2004087639A1
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column
dmac
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twk
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PCT/EP2004/003595
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Werner Peschel
Hartmut Schoenmakers
Klaus Althaus
Tanja Kirchner
Hartmut Staatz
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Basf Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C231/00—Preparation of carboxylic acid amides
    • C07C231/22—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C231/24—Separation; Purification
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S203/00—Distillation: processes, separatory
    • Y10S203/20—Power plant

Definitions

  • the invention relates to a process for the purification of crude dimethylacetamide by distillation.
  • the abbreviated name DMAc is used below for dimethylacetamide.
  • DMAc is mainly used as a solvent, for example as a solvent for solution spinning of elastic polyurethane block copolymers, which are known under the brand names Spandex ® or Lycra ® , as well as for the production of hollow fibers.
  • the DMAc used here water content ⁇ 100 ppm, pH value between 6.5 and 7 and specific electrical conductivity ⁇ 0.6 ⁇ S / cm, or also ⁇ than 0.2 ⁇ S / cm.
  • the electrical conductivity of the pure DMAc is essentially caused by its content of impurities such as acids, in particular acetic acid and salts, in particular the amine salts of acetic acid.
  • the specified specifications of the pure DMAc with regard to pH and electrical conductivity correspond to an acetic acid content of less than 50 ppm by weight.
  • a DMAc that meets these specification requirements is referred to below as a pure DMAc.
  • a raw DMAc is a mixture containing DMAc that does not meet the specification requirements defined above.
  • crude DMAc contains amine, acetic acid and water as main components.
  • the acetic acid content of crude DMAc to be cleaned according to the invention is not greater than 20% by weight.
  • FR-PS 1,406,279 describes a process for the preparation of DMAc by reacting acetic acid with dimethylamine and separating the reaction mixture by distillation in a two-column arrangement, the first column being at atmospheric pressure or slightly elevated pressure, a bottom temperature between 165 and 170 ° C, one Top temperature between 95 and 105 ° C and a temperature between 100 and 200 ° C in the column feed, which is arranged approximately in the middle of the column, is operated. A top stream containing dimethylamine and water is drawn off from the first column and a gaseous or liquid bottom stream containing DMAc, acetic acid and monomethylacetamide.
  • This bottom stream is fed to a second column, approximately in the middle of the same, and separated into a top stream containing purified DMAc and a bottom stream containing the ternary azeotrope of acetic acid, DMAc and monomethylacetamide.
  • the second column is operated at a pressure of 400 mg Hg and a top temperature of 143 ° C, and that the purified DMAc still contains about 225 ppm acetic acid and as much water, and thus the high specification requirements such as they are not defined for pure DMAc for the purposes of the present invention.
  • the process should ensure the separation of the water from the raw DMAc to a degree of purity, in particular with a residual DMAc content of less than 50 ppm, which allows the same to be reused or easily disposed of as waste water.
  • the solution is based on a process for the distillative purification of crude dimethylacetamide (crude DMAc) containing DMAc, low boilers and high boilers, the low boilers and the high boilers being obtained in one of the column configurations listed below to obtain pure DMAc:
  • the invention is characterized in that in column configuration (I) at least the main column and in column configuration (II) the dividing wall column is operated with a head pressure in the range from 0.5 to 1.8 bar absolute.
  • the inventors surprisingly found that an increase in pressure and thus a temperature is required to achieve a pure product with a lower proportion of impurities.
  • DMAc has a boiling point at normal pressure of 166 ° C.
  • low boilers are substances with a boiling point below the boiling point of DMAc and high boilers are substances with a boiling point above the boiling point of DMAc with acetic acid.
  • low boilers are in particular water, in addition dimethylamine and diethylamine.
  • High boilers are in particular the azeotrope of DMAc with acetic acid, in addition ethanolamines, as well as so-called heavy ends, i.e. high molecular decomposition products in the form of highly viscous liquids or solids.
  • a column in the stripping mode is a column which has internally separating internals only below the feed of the mixture to be separated in the column.
  • a column in the reinforcing mode only has internals which have a separation effect above the feed of the mixture to be separated in the column.
  • a dividing wall column is a column with a dividing wall arranged in the longitudinal direction of the column, which prevents mixing of liquid and vapor streams in partial regions of the column.
  • the dividing wall divides the interior of the column in a known manner into a feed area, a removal area, an upper common column area and a lower common column area.
  • At least the column in which the low-boiling water has not yet been largely separated off must be at a pressure in the range from 0.5 to 1.8 bar absolute, ie at normal pressure or at slightly reduced or increased compared to normal pressure Pressure operated.
  • the top pressure in the above-mentioned columns is preferably in the range from 0.8 to 1.5 bar absolute, particularly preferably in the range from 1.0 to 1.3 bar absolute.
  • the raw DMAc stream can be supplied both in gaseous and liquid form, the supply in the liquid state being advantageous for energy reasons.
  • Suitable internals are standard internals such as commercially available floors, packing elements or packings, for example bell bottoms, tunnel bottoms, valve bottoms, sieve bottoms, dual flow bottoms and grid bottoms, Pall-Rings ® , Berl ® saddle bodies, mesh wire rings, Raschig-Rings ® , Intalox ® saddles, Interpak ® fillings and Intos ® , but also ordered packs, such as Sulzer-Mellapak ® , Sulzer-Optiflow ® , Kühni-Rombopak ® and Montz-Pak ®, as well as tissue packs. High-performance packs are preferred.
  • Separately effective internals with long dwell times, in particular floors, are preferably used below the feed of the raw DMAc stream to be cleaned, i.e. in the column configuration (I) in the stripping section of the main column and in the column configuration (II) in the stripping section of the dividing wall column.
  • the built-in components with longer dwell times ensure that the acetic acid-diethylamine adduct is more readily split back.
  • the diameter of the columns depends on the targeted throughputs and can easily be determined by a person skilled in the art according to the current rules of technology.
  • a theoretical separation stage is understood to be the column unit which brings about an enrichment of the more volatile component in accordance with the thermodynamic equilibrium, provided that there is ideal mixing, the liquid and gaseous phase are in equilibrium and there is no entrainment of liquid drops (cf.Vauck, Müller: Basic operations of chemical process engineering, VCH-Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1988).
  • the number of theoretical plates for the area above the supply of the raw DMAc stream to be cleaned i.e. For the upper area of the main column in the column configuration (I) or for the area above the upper end of the dividing wall in the dividing wall column, the process is determined according to the usual technical considerations depending on the low boiler content in the crude DMAc and the permissible loss of DMAc above the top of the first column ,
  • the number of theoretical plates in the stripping section of the main column in column configuration (I) or the dividing wall column below the dividing plate in column configuration (II) is preferably in the range from 5 to 30, in particular in the range from 10 to 25, particularly preferably in the range from 12 set to 18.
  • the main column of the column configuration (I) or the dividing wall column are preferably each equipped with a bottom evaporator and a condenser at the top of the column.
  • the temperature at the top of the main column or of the dividing wall column is advantageously set in the range from 70 to 130 ° C., preferably in the range from 85 to 115 ° C., particularly preferably in the range from 95 to 105 ° C., and the temperatures in the bottom of the main column or the dividing wall column in each case in the range from 150 to 200 ° C., preferably in the range from 160 to 190 ° C., particularly preferably in the range from 170 to 180 ° C.
  • the purification of crude DMAc by distillation is advantageously carried out in a column configuration (I), the main column of which has a gaseous side draw and the side draw column is operated in a boost mode.
  • the main column above the gaseous side draw preferably has a smaller diameter than the area of the main column below the gaseous side draw.
  • the purification by distillation can be carried out in a column configuration (I) in which the main column has a liquid side draw and the side draw column is operated in the stripping mode.
  • the side draw column from the column configuration (I) differs from classic distillation columns, such as those used in a two-column procedure according to the prior art, inter alia in that it does not have its own bottom evaporator and is smaller in terms of the number of plates. Otherwise, the side draw column can be designed accordingly and depending on the composition of the side draw stream fed to it from the main column by a person skilled in the art on the basis of a few routine tests and calculations.
  • the side draw column can also contain the usual column internals, with packings being particularly preferred.
  • the high boiler discharge of the column configurations (I) or (II) mentioned contains not only acetic acid but also the valuable product DMAc, since acetic acid and DMAc form a high boiler azeotrope.
  • the complete thermal separation of acetic acid and DMAc is therefore not possible by distillation.
  • the high-boiling azeotrope of acetic acid and DMAc remaining in the bottom of the main column or the dividing wall column is discharged and can be neutralized with lye in an energetically advantageous manner to recover the DMAc contained therein, and the DMAc by evaporating the neutralizate, e.g. in a falling film evaporator or active leaf evaporator, if appropriate under reduced pressure.
  • the neutralization and the subsequent evaporation can be carried out either continuously or batchwise.
  • the purification by distillation is advantageously carried out continuously.
  • the method according to the invention thus makes a surprisingly simple manner
  • FIG. 1 shows a process diagram for a column configuration (I).
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of the method according to the invention, wherein a column configuration (I) with main column HK and side draw column SK is selected.
  • the main column HK is fed a raw DMAc stream 1 in the central region thereof.
  • a stream 3 containing low boilers is drawn off at the top of the column and a stream 4 containing high boilers is withdrawn from the bottom of the column.
  • a gaseous stream which contains high-boiling impurities which are detrimental to the specification, in particular acetic acid, is drawn off via a side draw, and that in the side take-off column SK, which operates in a boosting mode is cleaned to obtain a pure DMAc stream 6 at the top of the column.
  • a liquid raw DMAc stream 1 with the following components was used: DMAc 99.2% by weight, dimethylamine 6 ppm, DMF 0.2% by weight, water 0.3% by weight, acetic acid 100 ppm, formic acid 350 ppm, phosphoric acid 50 ppm and heavy ends 0.2% by weight at a temperature of 20 ° C. on the 30th theoretical plate of a main column with 57 theoretical plates, when the Separation stages from bottom to top.
  • a gaseous side stream was withdrawn from the 9th theoretical plate at a temperature of 171.9 ° C., with the following composition:
  • DMAc 99.9% by weight DMF 720 ppm and acetic acid 280 ppm.
  • the specification-damaging concentration of acetic acid of 280 ppm could be reduced in the side draw column to 20 ppm in the top stream 6, which is withdrawn as a pure DMAc stream.
  • the main column HK and the side column SK were operated at normal pressure.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur destillativen Reinigung von Roh-Dimethylacetamid (Roh-DMAc), enthaltend DMAc, Leichtsieder und Schwersieder, wobei man die Leichtsieder und die Schwersieder unter Erhalt von Rein-DMAc in eine der nachfolgend aufgeführten Kolonnenkonfigurationen: (I) eine Hauptkolonne (HK) mit Seitenabzugskolonne (SK) oder (II) eine Trennwandkolonne (TWK) abtrennt, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Kolonnenkonfiguration (I) zumindest die Hauptkolonne (HK), und in der Kolonnenkonfiguration (II) die Trennwandkolonne (TWK) mit einem Kopfdruck im Bereich von 0,5 bis 1,8 bar absolut betreibt.

Description

Verfahrβn zur Reinigung von Dimethylaeetami (DMAc)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur destillativen Reinigung von Roh- Dimethylacetamid. Für Dimethylacetamid wird im Folgenden die abgekürzte Bezeichnung DMAc verwendet.
DMAc wird überwiegend als Lösungsmittel eingesetzt, beispielsweise als Lösungsmittel zum Lösungsspinnen von elastischen Polyurethan-Blockcopolymeren, die unter dem Markennamen Spandex® oder Lycra® bekannt sind, wie auch zur Herstellung von Hohlfasern.
Um beim Lösungsspinnen qualitativ hochwertige Fasern erhalten zu können, werden an das hierbei eingesetzte DMAc die nachfolgend aufgeführten Spezifikationenanforderungen gestellt: Wassergehalt < 100 ppm, pH- Wert zwischen 6,5 und 7 und spezifische elektrische Leitfähigkeit < 0,6 μS/cm,oder auch < als 0,2 μS/cm. Die elektrische Leitfähigkeit des Rein-DMAc wird im Wesentlichen durch seinen Gehalt an Verunreinigungen, wie Säuren, insbesondere Essigsäure und Salzen, insbesondere den Aminsalzen der Essigsäure, bewirkt. Die angegebenen Spezifikationen des Rein-DMAc bezüglich pH- Wert und elektrischer Leitfähigkeit entsprechen einem Gehalt an Essigsäure von weniger als 50 Gew. -ppm.
Ein DMAc, das diese Spezifikationsanforderungen erfüllt, wird im Folgenden als Rein- DMAc bezeichnet.
Demgegenüber wird als Roh-DMAc ein Gemisch, enthaltend DMAc, bezeichnet, das die oben definierten Spezifϊkationsanforderungen nicht erfüllt. Roh-DMAc enthält als Hauptkomponenten neben DMAc Amin, Essigsäure und Wasser. Hierbei ist der Essigsäure-Gehalt von erfindungsgemäß zu reinigendem Roh-DMAc nicht größer als 20 Gew.-%.
Als wasserhaltiges
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zwischen 1 und 99 Gew.-%, oder auch zwischen" 2 "und 99 Gew.-%, auch zwischen 98 Gew.-%, insbesondere zwischen 95 und 98 Gew.-%, oder auch zwischen 1 und 6 Gew.-% verstanden.
Bekannte Anlagen zur destillativen Reinigung von DMAc werden unter Vakuum betrieben, um Zersetzungsreaktionen des DMAc wirksam zu unterdrücken und dadurch die Einhaltung der Spezifikationsanforderungen zu gewährleisten.
Es wurde jedoch gefunden, dass in Destillationsanlagen, die wie bislang üblich unter Vakuum betrieben wurden, die Spezifikationsanforderungen häufig nicht erfüllt werden können.
Die FR-PS 1,406,279 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von DMAc durch Umsetzung von Essigsäure mit Dimethylamin und destillative Auftrennung des Reaktionsgemisches in einer Zweikolonnen-Anordnung, wobei die erste Kolonne bei Atmosphärendrack oder geringfügig erhöhtem Druck, einer Sumpftemperatur zwischen 165 und 170°C, einer Kopftemperatur zwischen 95 und 105°C und einer Temperatur zwischen 100 und 200°C im Bereich des Kolonnen-Feeds, der etwa in der Mitte der Kolonne angeordnet ist, betrieben wird. Aus der ersten Kolonne wird ein Kopfstrom, enthaltend Dimethylamin und Wasser abgezogen und ein gasförmiger oder flüssiger Sumpfstrom, enthaltend DMAc, Essigsäure sowie Monomethylacetamid. Dieser Sumpfstrom wird einer zweiten Kolonne, etwa im mittleren Bereich derselben, zugeführt und in einen Kopfstrom, enthaltend gereinigtes DMAc und einen Sumpfstrom, enthaltend das ternäre Azeotrop von Essigsäure, DMAc und Monomethylacetamid, aufgetrennt.
Zur Auslegung und zu den Betriebsbedingungen für die zweite Kolonne wird lediglich angegeben, dass es sich um einen klassischen Kolonnentyp und klassische Betriebsbedingungen handelt. Aus den Beispielen ist zu entnehmen, dass die zweite Kolonne bei einem Druck von 400 mg Hg und einer Kopftemperatur von 143°C betrieben wird, sowie dass das gereinigte DMAc noch etwa 225 ppm Essigsäure und ebensoviel Wasser enthält, und somit den hohen Spezifikationsanforderungen, wie sie für Rein-DMAc für die Zwecke der vorliegenden Erfindung definiert sind, nicht erfüllen.
Es war daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur destillativen Reinigung von Roh- DMAc zur Verfügung zu stellen, das die Einhaltung der geforderten Spezifikationen insbesondere für das Lösungsspinnen zur Herstellung von elastischen Polyurethan- Blockcopolymerfasern sowie zur Herstellung von Hohlfasern gewährleistet. Darüber hinaus sollte das Verfahren die Abtrennung des Wassers aus dem Roh-DMAc in einem Reinheitsgrad, insbesondere mit einem Restgehalt an DMAc von unter 50 ppm gewährleisten, der die Wiederverwendung oder die problemlose Entsorgung desselben als Abwasser erlaubt.
Die Lösung geht aus von einem Verfahren zur destillativen Reinigung von Roh- Dimethylacetamid (Roh-DMAc), enthaltend DMAc, Leichtsieder und Schwersieder, wobei man die Leichtsieder und die Schwersieder unter Erhalt von Rein-DMAc in einer der nachfolgend aufgeführten Kolonnenkonfigurationen:
(I) eine Hauptkolonne mit Seitenabzugskolonne oder
(II) eine Trennwandkolonne
abtrennt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man in der Kolonnenkonfiguration (I) zumindest die Hauptkolonne, und in der Kolonnenkonfiguration (II) die Trennwandkolonne mit einem Kopfdruck im Bereich von 0,5 bis 1,8 bar absolut betreibt.
Es wurde überraschend gefunden, dass durch eine Betriebsweise bei Normaldruck oder bei einem Druck, der geringfügig oberhalb oder unterhalb des Normaldrucks liegt, der Reinheitsgrad des durch Destillation gewonnen DMAc wesentlich besser ist als bei bekannten Verfahren, die, um Verunreinigungen durch Zersetzung oder Nebenreaktionen zu vermeiden, unter Vakuum und somit bei wesentlich niedrigeren Temperaturen betrieben werden.
Demgegenüber haben die Erfinder überraschend gefunden, dass gerade eine Druck- und somit eine Temperaturerhöhung für die Erzielung eines Reinproduktes mit einem niedrigeren Anteil an Verunreinigungen erforderlich ist.
DMAc hat einen Siedepunkt bei Normaldruck von 166°C.
Als Leichtsieder werden vorliegend Substanzen bezeichnet, deren Siedepunkt unterhalb des Siedepunktes von DMAc liegt und als Schwersieder Substanzen, deren Siedepunkt oberhalb des Siedepunktes von DMAc mit Essigsäure liegt. Leichtsieder sind im vorliegenden Verfahren insbesondere Wasser, daneben Dimethylamin und Diethylamin.
Schwersieder sind insbesondere das Azeotrop von DMAc mit Essigsäure, daneben Ethanolamine, wie auch sogenannte Heavyends, d.h. hochmolekulare Zersetzungsprodukte in Form von hochviskosen Flüssigkeiten oder Feststoffen.
Als Kolonne in Abtriebsfahrweise wird eine Kolonne bezeichnet, die nur unterhalb der Zuführung des in der Kolonne aufzutrennenden Gemisches trennwirksame Einbauten aufweist. Demgegenüber weist eine Kolonne in Verstärkungsfahrweise nur oberhalb der Zuführung des in der Kolonne aufzutrennenden Gemisches trennwirksame Einbauten auf.
Als Trennwandkolonne wird in bekannter Weise eine Kolonne mit in Kolonnenlängsrichtung angeordneter Trennwand bezeichnet, die in Teilbereichen der Kolonne eine Vermischung von Flüssigkeits- und Brüdenströmen verhindert. Die Trennwand teilt den Kolonneninnenraum in bekannter Weise in einen Zufuhrbereich, einen Entnahmebereich, einen oberen gemeinsamen Kolonnenbereich sowie einen unteren gemeinsamen Kolonnenbereich.
Bei der vorliegenden Trennaufgabe müssen aus seinem Ausgangsgemisch Leichtsieder und Schwersieder abgetrennt werden und das Wertprodukt, Rein-DMAc, als Mittelsieder gewonnen werden.
Diese Trennaufgabe kann insbesondere mit einer der nachfolgend aufgeführten Kolonnenkonfigurationen:
(I) eine Hauptkolonne mit Seitenabzugskolonne oder
(II) eine Trennwandkolonne
gelöst werden.
Erfindungsgemäß muss in jeder der vorstehend aufgeführten Kolonnenkonfigurationen zumindest die Kolonne, in der der Leichtsieder Wasser noch nicht weitgehend abgetrennt ist, bei einem Druck im Bereich von 0,5 bis 1,8 bar absolut, d.h. bei Normaldruck oder bei gegenüber Normaldruck geringfügig erniedrigtem oder erhöhtem Druck betrieben werden. Bevorzugt liegt der Kopfdruck in den oben genannten Kolonnen im Bereich von 0,8 bis 1,5 bar absolut, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 1,3 bar absolut.
Es ist auch möglich, dass man auch die Seitenabzugskolonne in der Kolonnenkonfiguration (I) mit einem Kopfdruck im Bereich von 0,5 bis 1,8 bar absolut, bevorzugt von 0,8 bis 1,5 bar absolut, besonders bevorzugt von 1,0 bis 1,3 bar absolut, betreibt.
Der Roh-DMAc-Strom kann sowohl gasförmig als auch flüssig zugeführt werden, wobei die Zuführung in flüssigem Aggregatzustand aus energetischen Gründen vorteilhaft ist.
In allen Kolonnenkonfigurationen können als trennwirksame Einbauten grundsätzlich alle bekannten Einbauten, insbesondere Böden, Füllkörper oder Packungen eingesetzt werden.
Als Einbauten eignen sich übliche Einbauten wie handelsübliche Böden, Füllkörper oder Packungen, beispielsweise Glockenböden, Tunnelböden, Ventilböden, Siebböden, Dualflowböden und Gitterböden, Pall-Ringe®, Berl®-Sattelkörper, Netzdrahtringe, Raschig-Ringe®, Intalox®-Sättel, Interpak®-Füllkörper und Intos®, aber auch geordnete Packungen, wie beispielsweise Sulzer-Mellapak®, Sulzer-Optiflow®, Kühni-Rombopak® und Montz-Pak® sowie Gewebepackungen. Bevorzugt sind Hochleistungspackungen.
Bevorzugt werden unterhalb der Zuführung des zu reinigenden Roh-DMAc-Stromes trennwirksame Einbauten mit hohen Verweilzeiten, insbesondere Böden, eingesetzt, d.h. in der Kolonnenkonfiguration (I) im Abtriebsteil der Hauptkolonne und in der Kolonnenkonfiguration (II) im Abtriebsteil der Trennwandkolonne. Durch die Einbauten mit höheren Verweilzeiten wird eine verstärkte Rückspaltung des Essigsäure-Diethylamin- Adduktes gewährleistet.
Der Durchmesser der Kolonnen richtet sich nach den jeweils angestrebten Durchsätzen und kann nach den gängigen Regeln der Technik vom Fachmann leicht ermittelt werden.
Die Auslegung der Kolonnen bezüglich Höhe und Positionierung von Zu- und Abläufen kann nach dem bekannten Konzept der theoretischen Trennstufen in Verbindung mit den gewählten Einbauten ermittelt werden. Als eine theoretische Trennstufe wird in bekannter Weise diejenige Kolonneneinheit verstanden, welche ein Anreichern der leichter flüchtigen Komponente entsprechend dem thermodynamischen Gleichgewicht bewirkt, vorausgesetzt, dass ideale Durchmischung vorliegt, flüssige und gasförmige Phase im Gleichgewicht stehen und kein Mitreißen von Flüssigkeitstropfen erfolgt (vgl. Vauck, Müller: Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, VCH- Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1988).
Die Zahl der theoretischen Trennstufen für den Bereich oberhalb der Zuführung des zu reinigenden Roh-DMAc-Stromes, d.h. für den oberen Bereich der Hauptkolonne in der Kolonnenkonfiguration (I) oder für den Bereich oberhalb des oberen Endes der Trennwand in der Trennwandkolonne wird nach üblichen verfahrenstechnischen Überlegungen in Abhängigkeit vom Leichtsiederanteil im Roh-DMAc und dem zulässigen Verlust an DMAc über Kopf der ersten Kolonne festgelegt.
Die Zahl der theoretischen Trennstufen im Abtriebsteil der Hauptkolonne in der Kolonnenkonfiguration (I) oder der Trennwandkolonne unterhalb des Trennblechs in der Kolonnenkonfiguration (II) wird vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30, insbesondere im Bereich von 10 bis 25, besonders bevorzugt im Bereich von 12 bis 18 festgelegt.
Bevorzugt sind die Hauptkolonne der Kolonnenkonfiguration (I) oder die Trennwandkolonne jeweils mit einem Sumpfverdampfer und einem Kondensator am Kolonnenkopf ausgestattet.
Vorteilhaft stellt man die Temperatur am Kopf der Hauptkolonne beziehungsweise der Trennwandkolonne im Bereich von 70 bis 130°C, bevorzugt im Bereich von 85 bis 115°C, besonders bevorzugt im Bereich von 95 bis 105°C, und die Temperaturen im Sumpf der Hauptkolonne beziehungsweise der Trennwandkolonne jeweils im Bereich von 150 bis 200°C, bevorzugt im Bereich von 160 bis 190°C, besonders bevorzugt im Bereich von 170 bis 180°C, ein.
Die destillative Reinigung von Roh-DMAc führt man vorteilhaft in einer Kolonnenkonfiguration (I) durch, deren Hauptkolonne einen gasformigen Seitenabzug aufweist und deren Seitenabzugskolonne in Verstärkungsfahrweise betrieben wird. Bevorzugt weist die Hauptkolonne oberhalb des gasformigen Seitenabzugs einen geringeren Durchmesser gegenüber dem Bereich der Hauptkolonne unterhalb des gasförmigen Seitenabzugs auf.
Weiter kann die destillative Reinigung in einer Kolonnenkonfiguration (I) durchgeführt werden, in der die Hauptkolonne einen flüssigen Seitenabzug aufweist und die Seitenabzugskolonne in Abtriebsfahrweise betrieben wird.
Die Seitenabzugskolonne aus der Kolonnenkonfiguration (I) unterscheidet sich von klassischen Destillationskolonnen, wie sie beispielsweise einer Zwei-Kolonnen-Fahrweise nach dem Stand der Technik eingesetzt werden unter anderem dadurch, dass sie keinen eigenen Sumpfverdampfer hat und bezüglich ihrer Trennstufenzahl kleiner dimensioniert ist. Im übrigen kann die Seitenabzugskolonne entsprechend und abhängig von der Zusammensetzung des ihr zugeführten Seitenabzugstromes aus der Hauptkolonne vom Fachmann anhand weniger Routineversuche und -berechnungen ausgelegt werden. Die Seitenabzugskolonne kann auch die üblichen Kolonneneinbauten enthalten, wobei Packungen besonders bevorzugt sind.
Der Schwersiederaustrag der genannten Kolonnenkonfigurationen (I) oder (II) enthält neben Essigsäure auch das Wertprodukt DMAc, da Essigsäure und DMAc ein Schwersiederazeotrop ausbilden. Die vollständige thermische Auftrennung von Essigsäure und DMAc ist deshalb destillativ nicht möglich. Das im Sumpf der Hauptkolonne beziehungsweise der Trennwandkolonne verbleibende Schwersiederazeotrop aus Essigsäure und DMAc wird ausgeschleust und kann energetisch vorteilhaft zur Rückgewinnung des darin enthaltenen DMAc mit Lauge neutralisiert und das DMAc durch Eindampfen des Neutralisats z.B. in einen Fallfilmverdampfer oder Wirkblattverdampfer gegebenenfalls bei vermindertem Druck zurückgewonnen werden. Die Neutralisation und das anschließende Eindampfen können sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich erfolgen.
Vorteilhaft wird die destillative Reinigung kontinuierlich betrieben.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit in überraschend einfacher Weise ein
Rein-DMAc gewonnen, das die geforderten Spezifikationen bezüglich Wassergehalt, pH- Wert und elektrischer Leitfähigkeit erfüllt, durch Destillation bei Normaldruck oder bei gegenüber Normaldruck geringfügig erniedrigtem oder erhöhtem Druck. Die Betriebsweise bei oder nahezu bei Normaldruck ist gegenüber einer Betriebsweise unter Vakuum, wie sie im Stand der Technik für die Reinigung von DMAc bislang erforderlich schien, wesentlich wirtschaftlicher, insbesondere bezüglich Investitioήs- und Betriebskosten. Darüber hinaus erhöht sich mit dem Anstieg des Betriebsdrucks die Kapazität der Apparate, da sich bei gleich bleibendem Gasmengenstrom die Gasgeschwindigkeit aufgrund der höheren Gasdichte verringert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein Verfahrensschema für eine Kolonnenkonfiguration (I).
Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine Kolonnenkonfiguration (I) mit Hauptkolonne HK und Seitenabzugskolonne SK gewählt wird.
Die Hauptkolonne HK wird im mittleren Bereich derselben ein Roh-DMAc-Strom 1 zugeführt. Am Kolonnenkopf wird ein Leichtsieder enthaltender Strom 3 abgezogen und aus dem Kolonnensumpf ein Schwersieder enthaltender Strom 4. Über einen Seitenabzug wird ein gasförmiger Strom abgezogen, der noch spezifikationsschädliche schwersiedende Verunreinigungen, insbesondere Essigsäure, enthält, und der in der Seitenabzugskolonne SK, die in Verstärkungsfahrweise betrieben wird, gereinigt wird unter Erhalt eines Rein- DMAc-Stromes 6 am Kolonnenkopf.
Ausführungsbeispiel In einer Kolonnenkonfiguration (I) entsprechend der schematischen Darstellung in Figur 1 wurde ein flüssiger Roh-DMAc-Strom 1 mit folgenden Komponenten: DMAc 99,2 Gew.-%, Dimethylamin 6 ppm, DMF 0,2 Gew.-%, Wasser 0,3 Gew.-%, Essigsäure 100 ppm, Ameisensäure 350 ppm, Phosphorsäure 50 ppm und Heavyends 0,2 Gew.-% bei einer Temperatur von 20°C auf die 30igste theoretische Trennstufe einer Hauptkolonne mit 57 theoretischen Trennstufen, bei Zählung der Trennstufen von unten nach oben, zugeführt.
Von der 9. theoretischen Trennstufe wurde ein gasförmiger Seitenstrom bei einer Temperatur von 171.9°C, mit folgender Zusammensetzung abgezogen:
DMAc 99,9 Gew.-%, DMF 720 ppm und Essigsäure 280 ppm. Die spezifikationsschädliche Konzentration an Essigsäure von 280 ppm konnte in der Seitenabzugskolonne auf spezifikationsunschädliche 20 ppm im Kopfstrom 6, der als Rein- DMAc-Strom abgezogen wird, reduziert werden. Die Hauptkolonne HK und die Seitenkolonne SK wurden bei Normaldruck betrieben.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur destillativen Reinigung von wasserhaltigem Roh-Dimethylacetamid (Roh-DMAc), enthaltend DMAc, Leichtsieder und Schwersieder, wobei man die
Leichtsieder und die Schwersieder unter Erhalt von Rein-DMAc in einer der nachfolgend aufgeführten Kolonnenkonfigurationen:
(I) eine Hauptkolonne (HK) mit Seitenabzugskolonne (SK) oder (II) eine Trennwandkolonne (TWK)
abtrennt, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Kolonnenkonfiguration (I) zumindest die Hauptkolonne (HK), und in der Kolonnenkonfiguration (II) die Trennwandkolonne (TWK) mit einem Kopfdruck im Bereich von 0,5 bis 1,8 bar absolut betreibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Kolonnenkonfiguration (I) zumindest die Hauptkolonne (HK) und in der Kolonnenkonfiguration (II) die Trennwandkolonne (TWK) bei einem Kopfdruck im Bereich von 0,8 bis 1,5, bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 1,3 bar absolut betreibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Seitenabzugskolonne (SK) in der Kolonnenkonfiguration (I) mit einem Kopfdruck im Bereich von 0,5 bis 1,8 bar absolut, bevorzugt von 0,8 bis 1,5 bar absolut, besonders bevorzugt von 1,0 bis 1,3 bar absolut, betreibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man im Abtriebsteil der Hauptkolonne (HK) in der Kolonnenkonfiguration (I) beziehungsweise im Abtriebsteil der Trennwandkolonne (TWK) in der Kolonnenkonfiguration (II) trennwirksame Einbauten mit hohen Verweilzeiten, bevorzugt Böden, einbaut.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man im Abtriebsteil der Hauptkolonne (HK) oder der Trennwandkolonne (TWK) 5 bis 30, bevorzugt 10 bis 25, besonders bevorzugt 12 bis 18 theoretische Trennstufen vorsieht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hauptkolonne (HK) oder die Trennwandkolonne (TWK) jeweils mit einem SumpfVerdampfer und einem Kondensator am Kolonnenkopf ausstattet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperatur am Kopf der Hauptkolonne (HK) oder der Trennwandkolonne (TWK) im Bereich von 70 bis 130°C, bevorzugt im Bereich von 85 bis 115°C, besonders bevorzugt im Bereich von 95 bis 105°C, die Temperaturen im Sumpf der Hauptkolonne (HK) oder der Trennwandkolonne (TWK) jeweils im Bereich von 150 bis 200°C, bevorzugt im Bereich von 160 bis 190°C, besonders bevorzugt im Bereich von 170 bis 180°C, einstellt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die destillative Reinigung von Roh-DMAc in einer Kolonnenkonfiguration (I) durchfuhrt, deren Hauptkolonne (HK) einen gasförmigen Seitenabzug aufweist und deren Seitenabzugskolonne (SK) in Verstärkungsfahrweise betrieben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkolonne (HK) oberhalb des gasförmigen Seitenabzugs einen geringeren Durchmesser gegenüber dem Bereich der Hauptkolonne (HK) unterhalb des gasförmigen Seitenabzugs aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die destillative Reinigung in einer Kolonnenkonfiguration (I) durchgeführt wird, in der die Hauptkolonne (HK) einen flüssigen Seitenabzug aufweist und die Seitenabzugskolonne (SK) in Abtriebsfahrweise betrieben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man es kontinuierlich betreibt.
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