6. Производство капролактама

Капролактам (лактам -аминокапроновой кислоты, 2-оксо-гексаметиленимин) представляет бесцветное кристаллическое вещество с

температурой плавления 68,8 °С, температурой кипения 262,5 °С и плотностью 1,02 т/м³ (при 70°С). Хорошо растворим в воде (525 г в 100 г воды), бензоле, ацетоне, этаноле, диэтиловым эфире, плохо растворим в алифатических углеводородах. Раство­ряется в разбавленной серной кислоте, гидролизуясь до -ами­нокапроновой кислоты. Гигроскопичен. При нагревании с концентрированными минеральными кислотами капролактам об­разует соли. В присутствии каталитических количеств воды, спиртов, аминов и органических кислот при нагревании поли-меризуется с образованием полиамида.

Температура вспышки капролактама составляет 135 ^оС, тем­пература самовоспламенения 400°С. Капролактам раздражает кожу, ПДК равна 10 мг/м³. Транспортируется и хранится в твердом состоянии в мешках, или в виде расплава в цистернах с обогревом в атмосфере азота.

Капролактам получают различными методами из аромати­ческого (бензол, толуол, фенол) и неароматического (циклогексан, фурфурол, ацетилен, окись этилена) сырья. Во всех ме­тодах промежуточным продуктом является циклогексаноноксим, изомеризацией которого получается капролактам. Про­мышленное значение имеют следующие методы производства циклогексаноноксима.

1. Из фенола через циклогексанол с последующим его дегид­рированием до циклогексанона (фенольный метод):

2. Из толуола через бензойную кислоту с последующим гид­рированием ее до циклогексанкарбоновой кислоты и обработ­кой последней нитрозилсерной кислотой (толуольный метод):

3. Из анилина через циклогексиламин с последующим от­щеплением аммиака при действии воды (анилиновый метод):

4. Из циклогексана, выделенного из нефтяного сырья, или полученного гидрированием бензола, следующими методами:

— окислением воздухом через циклогексанол и циклогексанон:

— фотонитрозированием хлористым нитрозилом:

— нитрованием через нитроциклогексан с последующим вос­становлением до нитрозоциклогексана (нитроциклогексановый метод):

HNO₃ H₂ H₂

–NO₂ –NO₂ =NOH

5. Из бензола восстановлением до циклогексана и далее по схеме 14.10 (бензольный метод).

Рис. 14.10. Взаимосвязь промышленных методов производства циклогексаноноксима из различного сырья

Из этих методов наиболее распространенным является бен­зольный (в схеме на рис. 14.10 показан пунктиром). По данным 1985 года из всего мирового производства капролактама в 2,7 млн. т из бензола было получено 83,5%, из фенола 12,0% и из толуола 4,5% . По сравнению с фенольным методом бензольный метод отличается более низкой стоимостью сырья, меньшим числом стадий и меньшим расходом неорганических реагентов. Поэтому себестоимость капролактама, полученного бензольным методом, составляет 85% от себестоимости продукта, произво­димого из фенола.

Капролактам используют главным образом в качестве моно­мера для производства поликапролактама, перерабатываемого в капроновое волокно и полиамидные пластические массы. Незначительное количество капролактама применяется в ка­честве полупродукта для получения незаменимой аминокис­лоты L-лизина (а,е-диаминокапроновая кислота).

История. Капроновая кислота СН₃(CH₂)₄СООН была выделена в 1817— 23 гг. М. Шеврелем в процессе систематического изучения жиров. Син­тез и полимеризация -капролактама были впервые осуществлены в конце XIX столетия. Промышленное производство -капролактама как мономера для получения капронового волокна было организовано на основе исследований В. Карозерса (1930 г.) и Шлака (1940 г.) в конце 40-х годов по фенольному методу. В последующие годы были внедре­ны в промышленность методы производства капролактама фотонитрозированием (1951 г.), из циклогексанона через капролактон (1966 г.) и другие.

На основе работ З.А. Роговина, И.Л. Кнунянца, А.А. Стрепихеева, Э.В. Хаита и др. в 1949 г. на Дзержинском хими­ческом комбинате создается первое в стране производство капролактама из фенола. В 1961—65 гг. подобные производства строятся на хи­мических заводах в Чернигове, Рустави, Курске, Кемерово и Барнау­ле. В 1963 г. на Лисичанском химическом комбинате организуется про­изводство капролактама из бензола через циклогексан. В период 1967—77 гг. создаются новые производства капролактама более эко­номичным методом прямого окисления циклогексана до циклогекса­нона, который к 1977 г. становится преобладающим.