Патент на изобретение №2254326

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2254326 (13) C1
(51) МПК 7
C07C53/08
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 27.01.2011 – может прекратить свое действие

(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

Categories: BD_2254000-2254999