|
(21), (22) Заявка: 2003137854/04, 26.12.2003
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
26.12.2003
(45) Опубликовано: 20.06.2005
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
Инструкция по технике безопасности, пожарной безопасности, промсанитарии при обслуживании узла приема уксусной кислоты ТБ-УФК-10-02. Новосибирск: ООО «СибПромХим», 2002, с.2. Технологическая инструкция по производству столового уксуса ТИ 10-0334585. М.: ВНИИ Пищевой Биотехнологии (ВНИИПБТ), 1994, Изменение №1 к ТИ 10-0334585-3-94. М.: ВНИИПБТ,
Адрес для переписки:
630106, г.Новосибирск, а/я 205, О.В. Епимаховой
|
(72) Автор(ы):
Епимахова О.В. (RU), Носков А.В. (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Епимахова Ольга Викторовна (RU), Носков Андрей Владимирович (RU)
|
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОГО РАСТВОРА УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
(57) Реферат:
Изобретение относится к органической химии, в частности к получению водного раствора уксусной кислоты. Способ включает следующие операции. Наполняют водой емкость с исходным сырьем в количестве, необходимом для получения полугидрата уксусной кислоты, затем в другую емкость соответственно ее объему заливают воду в таком количестве, чтобы из полученного в первой емкости полугидрата получился раствор 72-80%-ной уксусной кислоты. Скачивают полугидрат из первой емкости во вторую в таком количестве, чтобы получился 17-50%-ный раствор уксусной кислоты. Перемешивают полученный раствор в течение 5-7 минут. Отбирают пробу на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50%. Снова скачивают полугидрат из первой емкости во вторую под слой жидкости до ее заполнения. Перемешивают нижний слой раствора в течение 1-5 минут. Отбирают пробу с верхнего слоя на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50% и с нижнего слоя на соответствие диапазону 72-80%. Далее скачивают нижний слой в количестве, равном количеству полугидрата, загруженного на второй стадии. Технический результат – снижение пожароопасности технологического процесса и уменьшение концентрации паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны. 2 табл., 1 ил. 
(56) (продолжение):
CLASS=”b560m”1996. RU 2004588 С1, 12.12.1993. SU 1578184 Al, 15.07.1990.
Изобретение относится к области органической химии, в частности к получению водного раствора уксусной кислоты.
Известен способ получения водного раствора уксусной кислоты, описанный в «Технологической инструкции по производству столового уксуса» ТИ 10-0334585-3-94 с изменением №1 (1996 г), разработанной ВНИИ пищевой биотехнологии, г. Москва. Способ включает разогрев концентрированной уксусной кислоты вместе с емкостью в случае наличия твердой фазы до 45-50°С способом, исключающим непосредственный контакт с теплоносителем, например, с помощью парогенератора (пар подается в полурубашку цистерны). Далее перекачивают уксусную кислоту в рабочие емкости, а затем в реактор, заполненный водой, добавляют из рабочих емкостей концентрированную уксусную кислоту до получения раствора нужной концентрации (с.5 изменения №1).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения водного раствора уксусной кислоты, описанный в «Инструкции по технике безопасности, пожарной безопасности, промсанитарии при обслуживании узла приема уксусной кислоты» ТБ-УФК-10-02, разработанной ООО «СибПромХим», Новосибирск, 2002 г. (с.2). Способ включает заполнение цистерны с концентрированной уксусной кислотой расчетным количеством воды и перекачивание полученного раствора в рабочие емкости.
Недостатками описанных выше способов являются следующие:
– высокая пожароопасность (температура вспышки паров составляет 38°С, давление насыщенного пара при 45-50°С составляет 42-56 мм рт. ст.);
– высокая токсичность процесса (ПДК=5 мг/м3);
– возможность кристаллизации кислоты в трубопроводах и насосах, если температура окружающей среды ниже температуры кристаллизации кислоты (+16,7°С);
– десублимация уксусной кислоты на стенках емкости при температуре ниже температуры кристаллизации;
– длительность процесса, связанная с длительностью подачи большого количества воды.
Задачей изобретения является снижение пожароопасности технологического процесса и снижение концентрации паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения водного раствора уксусной кислоты, включающем наполнение водой емкости с исходным сырьем – концентрированной уксусной кислотой, согласно изобретению, воду для заполнения берут в количестве, требуемом для получения полугидрата уксусной кислоты, затем в другую емкость заливают воду в таком количестве, чтобы из полученного в первой емкости полугидрата получить 72-80%-ный раствор уксусной кислоты, скачивают полугидрат из первой емкости во вторую в таком количестве, чтобы получить 17-50%-ный раствор уксусной кислоты, перемешивают полученный раствор в течение 5-7 минут, отбирают пробу на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50%, снова скачивают полугидрат из первой емкости во вторую под слой жидкости до ее заполнения и перемешивают нижний слой раствора в течение 1-5 минут, отбирают пробу с верхнего слоя на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50% и с нижнего слоя на соответствие диапазону 72-80%, далее скачивают нижний слой в количестве, равном количеству полугидрата, загруженного на второй стадии.
Такой способ позволяет проводить процесс получения целевого продукта – раствора уксусной кислоты с концентрацией 72-80% под слоем «водяной подушки», в которой уксусная кислота находится в мономерной форме, что обуславливает отсутствие пожароопасности и низкое парциальное давление уксусной кислоты в насыщенных парах.
На чертеже изображена зависимость отношения парциального давления уксусной кислоты над ее водными растворами к давлению над 100%-ной уксусной кислотой.
Уксусная кислота в водном растворе димеризована во всем диапазоне концентраций. Раствор уксусной кислоты с концентрацией основного вещества 17-50% после перемешивания насосом производительностью 5 м3/ч представляет собой мономерные молекулы уксусной кислоты, с гидратной оболочкой, содержащей от 6 до 30 молекул воды на молекулу димера. Раствор полугидрата уксусной кислоты представляет собой полимерные цепи [2СН3СООН·Н2О]n, причем роль растворителя играет свободная уксусная кислота. Конечный продукт с концентрацией 72-80% представляет собой полимерные цепи [2СН3СООН·Н2O]n, растворителем для которых служит или вода (С<78%), или уксусная кислота (78%>С>80%).
Эти три раствора имеют различные физико-химические свойства – плотность, вязкость, диэлектрическую проницаемость, электропроводность, температуру замерзания, константу диссоциации, температуру вспышки, давление насыщенного пара.
Раствор с концентрацией 17-50% резко отличается по физико-химическим свойствам как от полугидрата, так и от готового продукта и образует так называемую «водяную подушку», создающую безопасные условия проведения технологического процесса с точки зрения пожароопасности и токсичности.
В таблице 1 приведены физико-химические свойства «водяной подушки», полугидрата уксусной кислоты и готового продукта.
«Водяная подушка» имеет концентрацию 17-50%, именно в этом диапазоне максимальна концентрация димеров уксусной кислоты, наиболее прочно связанных с молекулами воды. Ниже 17% концентрация этих прочных образований резко падает. Выше 50% количество прочно связанных молекул Н2О резко уменьшается. Кроме того, при концентрации выше 50% происходит резкое нарастание парциального давления паров уксусной кислоты над ее водными растворами.
Суть предлагаемого изобретения проиллюстрирована примерами.
Пример 1.
В исходную емкость, содержащую 51,6 т уксусной кислоты, Т=20°С, вводят 7,68 т воды и получают полугидрат. Во вторую емкость, представляющую собой прямоугольный параллелепипед с основанием площадью 2,85 м2 и высотой 1,8 м подают 501,4 кг воды и скачивают из первой емкости 182,2 кг полугидрата с концентрацией уксусной кислоты 83,3%, перемешивают путем циркуляции в течение 5 минут. Это гарантированное время для получения мономерной уксусной кислоты. Отбирают пробу на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50%. Получают 683,3 кг раствора уксусной кислоты с массовой долей 22,2% – «водяную подушку». Под слой жидкости во вторую емкость скачивают 4191,0 кг полугидрата, перемешивают с помощью насоса нижний слой в течение 1 минуты. Это минимальное время, необходимое для гомогенизации нижнего слоя. Отбирают пробы с верхнего и нижнего слоев. Концентрация уксусной кислоты составляет 42,5% и 79,6%, соответственно. Через кран в нижней части емкости сливают нижний слой в количестве 4191 кг, контролируя его количество по уровнемеру.
Остальные примеры даны на различную концентрацию уксусной кислоты в «водяной подушке» и соответственно ей концентрацию полученного готового продукта. Данные примеров сведены в таблицу 2.
В полугидрате, полученном в первой емкости, в связи с отсутствием перемешивания и наличием твердой фазы концентрация уксусной кислоты может колебаться от 82% до 86,5%.
В примере 2 полугидрат имеет концентрацию уксусной кислоты 83%. Концентрация уксусной кислоты, полученной в «водяной подушке» 36,8%. После введения второй порции полугидрата и перемешивания раствора концентрация уксусной кислоты в верхнем и нижнем слое составляет 47,5% и 78,2%, соответственно. Сливают на хранение 4085,5 кг раствора. В примере 3 полугидрат имеет концентрацию СН3СООН 85,7%. Концентрация уксусной кислоты в полученной «водяной подушке» равна 17,5%. После введения второй порции полугидрата и перемешивания нижнего слоя раствора концентрация уксусной кислоты в верхнем и нижнем слоях составляет 17,6% и 80,1%, соответственно. Сливают на хранение 4446,1 кг нижнего слоя.
В примере 4 полугидрат имеет концентрацию СН3СООН 86,95%. Концентрация уксусной кислоты в «водяной подушке» равна 61,4%. После подачи второй порции полугидрата и перемешивания нижнего слоя раствора концентрация уксусной кислоты в верхнем и нижнем слое составляет 75,9% и 77,7%, соответственно. То есть, раствор уксусной кислоты, полученный на первой стадии, не выполняет роли «водяной подушки».
Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с известными являются следующие:
– низкая пожароопасность благодаря созданию «водяной подушки» во время проведения технологического процесса, что приводит к понижению давления насыщенных паров;
– низкая токсичность, связанная с низким парциальным давлением паров уксусной кислоты;
– улучшение условий труда из-за низкой токсичности и пожароопасности технологического процесса;
– упрощение технологической схемы в связи с отсутствием системы улавливания паров;
– сокращение длительности технологического процесса за счет подачи воды в две емкости.
Таблица 1 |
№№ п/п |
Физико-химические свойства |
Значения для растворов уксусной кислоты в |
«водяной подушке» |
полугидрате |
готовом продукте |
1 |
Массовая доля уксусной кислоты, % |
17-50 |
87 |
72-80 |
2 |
Относительная плотность, 20 4 |
1,0223-1,0575 |
1,0680 |
1,069-1,070 |
3 |
Вязкость, мПа·с, Т=20°С |
1,36-2,40 |
2,54 |
2,69-2,74 |
4 |
Температура замерзания, °С |
(-5,5)-(-20,5) |
-0,4 |
(-15,5)-(-8) |
5 |
Давление насыщенного пара, Т=42°С, мм рт. ст. |
|
|
|
5.1 |
общее |
60-57 |
51,0 |
54-52,5 |
5.2 |
парциальное для уксусной кислоты |
2-5,5 |
22 |
13,7-17 |
6 |
Диэлектрическая проницаемость |
80-56 |
20 |
33-27 |
7 |
Константа диссоциации (pKа) |
4,70-5,18 |
8,10 |
6,10-6,65 |
8 |
Плотность паров кипящих водных растворов по воздуху (Р=760 мм рт.ст.) |
0,564-0.830 |
1,701 |
1,195-1,41 |
9 |
Удельная электропроводность , Ом-1·см-1 (Т=18°С) |
16,1-7,4·10-4 |
2,4·10-6 |
2·10-4-4·10-5 |
10 |
Температура вспышки, °С |
нет |
55,8 |
60-62,4 |
11 |
Температура самовоспламенения, °С |
538 |
477 |
498-490 |
12 |
Температурные пределы распространения пламени, °С нижний верхний |
Heт Нет |
64,2 84.3 |
Нет-76 Нет-85 |
Таблица 2 |
№№ примеров |
№№ стадий заполнения |
Количество и состав сырья, загружаемого в емкость № 2 |
Время циркуляции, мин |
Количество раствора после указанной стадии, кг |
Анализы проб |
Получено конечного продукта |
Вода m, кг |
Полугидрат |
слой |
С, % мас. |
m, кг |
С,% |
1 |
1 |
501,4 |
182,2 |
83,3 |
5 |
683,6 |
– |
22,2 |
4191,0 |
2 |
|
4191,0 |
83,3 |
1 |
4874,6 |
верх |
42,5 |
низ |
79,6 |
2 |
1 |
398,6 |
316,8 |
83,0 |
5 |
715,4 |
– |
36,8 |
4085,5 |
2 |
|
4085,5 |
83,0 |
1 |
4800,9 |
верх |
47,5 |
низ |
78,2 |
3 |
1 |
775,7 |
199,4 |
85,7 |
5 |
975,1 |
– |
17,5 |
4114,6 |
2 |
|
4114,6 |
85,7 |
1 |
5089,7 |
верх |
17,6 |
низ |
80,1 |
4 |
1 |
211,8 |
655,3 |
87,0 |
5 |
867,1 |
– |
61,4 |
|
2 |
|
4084,9 |
87,0 |
1 |
4952,0 |
верх |
75,9 |
низ |
77,7 |
Формула изобретения
Способ получения водного раствора уксусной кислоты, включающий заполнение водой емкости с исходным сырьем – концентрированной уксусной кислотой, отличающийся тем, что воду для заполнения берут в количестве, требуемом для получения полугидрата уксусной кислоты, затем в другую емкость соответственно ее объему заливают воду в таком количестве, чтобы из полученного в первой емкости полугидрата получить 72-80%-ный раствор уксусной кислоты, скачивают из первой емкости во вторую такое количество полугидрата, чтобы получить 17-50%-ный раствор уксусной кислоты, перемешивают полученный раствор в течение 5-7 мин, отбирают пробу на соответствие массовой доли уксусной кислоты указанному диапазону, снова скачивают полугидрат из первой емкости во вторую под слой жидкости до заполнения второй емкости, перемешивают нижний слой раствора в течение 1-5 мин, отбирают пробу с верхнего слоя на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50% и с нижнего слоя на соответствие диапазону 72-80%, далее скачивают нижний слой в количестве, равном количеству полугидрата, загруженного на второй стадии.
РИСУНКИ
|
|