|
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ
N-МЕТИЛПИРРОЛИДОНА
А.У. Каримов, Х.Ш. Ширинов, Х.М. Махкамов,
А.В. Коротаев, Л.В. Керемецкая.
Ташкентский химико-технологический институт
УЗКФИТИ им. А. Султанова
ОАО «Навоиазот»
N-метилпирролидон является селективным растворителем для многих органических и неорганических веществ. В водном объеме N–метилпирролидона растворяется 39 объем ацетилена.
Промышленный метод получения N–метилпирролидона основан на взаимодействии γ-бутиролактона с метиламином при 200 0С и 21 МПа.
В литературе имеется весьма ограниченное число работ по синтезу N–метилпирролидона из γ-бутиролактона и метиламина.
Нами разработан способ получения N–метилпирролидона, заключающийся в совместной конденсации γ-бутиролактона с аммиаком и метанолом.
Установлено, что при пропускании γ-бутиролактона с аммиаком и метанолом над катализатором, содержащим фториды цинка, кадмия, оксидов хрома, железа и алюминия при атмосферном давлении в интервале температур 200 – 3000С образуется смесь, состоящая в основном из пирролидона -2 и N–метилпирролидона. Селективность образования целевого продукта в основном зависит от соотношения исходных продуктов.
Разработанный способ получения N–метилпирролидона позволяет получить целевой продукт за одну стадию при атмосферном давлении и относится к сопряженным процессам.
С целю разработки технологии производства N–метилпирролидона нами исследовано влияние различных факторов на выход N–метилпирролидона.
Установлено, что на выход и селективность образования N–метилпирролидона существенное влияние оказывают температура и соотношения исходных продуктов. При температуре ниже 2500С выход N–метилпирролидона низкий, выше 3000С также наблюдается снижение выхода N–метилпирролидона за счет протекания побочных реакций (таблица 1.).
Как видно из данных табл. 1., с повышением температуры до 2800С наблюдается плавное повышение выхода N–метилпирролидона, максимальный выход которого достигается при 2800С. В качестве побочных продуктов образуются пирролидон-2, метил-, диметил- и триметиламины, вода и др.
Таблица 1
Влияние температуры на выход N–метилпирролидона.
БЛ : NH3 : CH3OH = 1:3:1, VБЛ+CH3OH = 0,6 час-1. Т=2800С
|
№
|
Температура, 0С
|
Выход продуктов реакции,%
|
Конверсия бутиролактона, %
|
|
|
N – метилпирролидона
|
Пирролидон-2
|
Сумма побочных продуктов
|
|
|
1
|
220
|
56,0
|
22,0
|
24,0
|
76,0
|
|
2
|
240
|
76,0
|
18,0
|
6,0
|
87,0
|
|
3
|
260
|
82,0
|
15,0
|
3,0
|
92,0
|
|
4
|
280
|
86,0
|
18,0
|
2,0
|
96,0
|
|
5
|
300
|
82,0
|
12,0
|
8,0
|
98,0
|
|
6
|
320
|
70,0
|
9,0
|
21,0
|
100,0
|
|
7
|
340
|
62,0
|
7,0
|
31,0
|
100,0
|
Снижение выхода N–метилпирролидона с повышением температуры связано с тем, что при относительно повышенных температурах ускоряются побочные реакции – образование метиламинов, полимеризации пирролидон-2 и N–метилпирролидона и др.
Реакция образования N–метилпирролидона из γ-бутиролактона, аммиака и метанола относиться к сложным параллельно – последовательным протекающим процессам, поэтому скорость образования отдельных продуктов реакции зависит от энергии активации последних.
С целью выяснения снижения выхода N–метилпирролидона при относительно высоких температурах нами в условиях реакции пропущен N–метилпирролидон через слой катализатора. При этом установлено, что с повышением температуры с 260 до 4000С степень полимеризации N–метилпирролидона увеличивается с 20 до 70%.
Экспериментально установлено, что селективность процесса образования N–метилпирролидона, в основном, зависит от соотношения исходных продуктов. С увеличением содержания метанола в реакционной смеси выход N–метилпирролидона сначала растет, достигая 82% при соотношении γ-бутиролактона : метанол = 1:1 моль. Дальнейшее повышение количества метанола в исходной смеси приводит к снижению выхода N – метилпирролидона. Причиной этому является то, что относительно повышенное содержание метанола в исходной смеси направляет процесс в другую сторону, т.е. при этом увеличивается доля побочных реакций – образование метиламинов, алкоголизм γ-бутиролактона и N–метилпирролидона. Таким образом, оптимальным соотношением γ-бутиролактон : метанол является 1:1 моль.
С целю установления зависимости изменения степени конверсии γ-бутиролактона и метанола в реакторе установлены в четырех точках на разной высоте пробоотборники (в точках на расстоянии 150 мм, 300 мм, 450 мм и 600 мм от верхней точки реактора). Показано, что степень конверсии γ-бутиролактона и метанола изменяется прямо пропорционально высоте слоя катализатора.
Таблица 2
Влияние высоты слоя катализатора на конверсию γ-бутиролактона
Т=260-2800С, γ-бутиролактона: метанол: аммиак=1:1:2 об. Vобщ=150 час-1
|
№
|
Высота слоя катализатора
|
Конверсия γ-бутиролактона, %
|
|
1
|
150
|
620
|
|
2
|
300
|
73,0
|
|
3
|
450
|
85,0
|
|
4
|
600
|
92,0
|
|
5
|
750
|
98,0
|
В условиях реакции был пропущен пирролидон-2 метанолом при соотношении 1:1 моль. При этом получен N–метилпирролидон с 87%-ным выходом. Это позволяет предположить, что N–метилпирролидон может образоваться в результате N–алкилировании пирролидона-2.
Таким образом, оптимальными технологическими параметрами синтеза N–метилпирролидона являются: температура – 260-2800С, соотношения γ-бутиролактон : метанол : аммиак 1:1:2 моль, соотношения высоты реактора и диаметра =50-70, объемная скорость смеси γ-бутиролактона и метанола 0,6 час-1. разработана технология производства пирролидона-2 и N–метилпирролидона.
|
|
