Синтетическое полиамидное волокно полиамид-6, представителями которого являются капрон и нейлон, получают в процессе полимеризации производного е-аминокапроновой кислоты - капролактама. В настоящее время основным методом получения капролактама является многостадийный процесс, представляющий собой жидкофазное окисление циклогексана.
В процессе производства капролактама после выделения целевого продукта при водной отмывке реакционной массы образуются водно-кислые стоки, которые в дальнейшем подвергаются утилизации сжиганием. В таких стоках скапливается большое количество побочных кислородсодержащих продуктов, многие из которых не находят практического применения.
К одному из таких продуктов относится адипиновая кислота, которая активно используется в качестве сырья в производстве синтетических волокон (полиамиды и полиуретаны), в производстве средств для удаления накипи, в производстве различных красителей и эфиров, в качестве пластификатора при получении пластмасс, в производстве синтетического полимера - полигексаметиленадипинмида, который в дальнейшем используется для получения полиамидного волокна, а также является перспективным сырьем для получения циклопентанона.
Циклопентанон представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом. В основном циклопентанон используется в качестве ароматизатора, но также находит применение в качестве прекурсора в органической и фармацевтической промышленностях, выступает в роли растворителя или пластификатора [43].
Циклопентен представляет собой бесцветную жидкость с бензиновым запахом. Используется для синтеза пластмасс, в дополнении к химическим синтезам, является уникальным мономером, полимеризация которого приводит к образованию двух типов полимеров - открытоцепных (полипентенамеры) и карбоциклических (циклоолефиновые каучуки).
Целью данной работы является разработка способа получения циклопентанона на основе водно-кислых стоков производства капролактама.
Задачи работы:
- изучить способы получения циклопентанона на основе адипиновой кислоты и ее солей;
- провести количественный и качественный анализы полученных в результате эксперимента продуктов, которые включают методы хроматографического анализа, ИК- и ЯМР спектроскопии;
- составить материальный и тепловой балансы процесса пиролиза адипината кальция;
- подобрать печь для проведения процесса термического разложения адипината кальция. Провести конструкционный расчет выбранной печи.
В данной выпускной квалификационной работе была рассмотрена проблема квалифицированного использования технической адипиновой кислоты, выделенной из водно-кислых стоков производства капролактама.
Исследования показали возможность получения циклопентанона из адипиновой кислоты, как пиролизом, так и в ходе реакции Ружички.
Экспериментально установлено, что при пиролизе твердой кальциевой соли образуется второй компонент - циклопентен. Показано, что выход продуктов меняется с ростом температуры и времени реакции. Циклопентанон преобладает при температуре 600 о С и времени 1 час. Циклопентен преобладает при температуре 500 о С и времени 2 часа.
Для доказательства структуры циклопентанона и циклопентена были использованы методы органического синтеза, основанные на проведение иных реакций, приводящих к образованию этих веществ. Для идентификации полученных образцов жидкого продукта были использованы методы хроматографического анализа, ИК- и ЯМР-спектроскопии.
По результатам эксперимента были рассчитаны выходы продуктов реакции, материальный и тепловой балансы процесса. Подобрана и рассчитана барабанная вращающаяся печь пиролиза адипината кальция, ее основные конструкционные параметры производительностью 300 т/сутки.
В ходе проведения литературного и патентного поиска, было показано, что циклопентанон и циклопентен имеют широкое применение в современной промышленности. Циклопентанон используется в качестве ароматизатора, и прекурсора, циклопентен - в качестве мономера для синтеза пластмасс.
Таким образом, проведенные эксперимент и расчеты, показывают, что разработанный способ пиролиза адипината кальция, полученного на основе водно-кислого стока производства капролактама целесообразно использовать для получения ценных веществ органического синтеза - циклопентанон и циклопентена.
