Патент на изобретение №2269509

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТАТА ЖЕЛЕЗА (II)

(57) Реферат:

Изобретение относится к получению солей уксусной кислоты, в частности к получению ацетата двухвалентного железа. При осуществлении способа сначала ведут окисление порошка железа кислородом воздуха в режиме барботажа в среде уксусной кислоты, взятой в мольном соотношении железо:уксусная кислота 5:1, с добавкой 4% от массы кислоты уксусного ангидрида при температуре 17-25°С. При этом смесь интенсивно перемешивают со скоростью 720-1440 об/мин мешалкой лопастного типа до накопления в реакционной смеси соли железа (III) в количестве 0,75-0,96 моль/кг. Затем воздух заменяют на азот и добавляют 4% мас. уксусного ангидрида от первоначальной загрузки уксусной кислоты. Повышают температуру до 35-40°С и ведут окисление железа солью железа (III) до полного расходования последней. Образующуюся белоснежную суспензию ацетата железа (II) отделяют от непрореагировавшего железа, фильтруют и сушат. При этом все эти операции проводят в среде азота. Фильтрат, представляющий собой насыщенный раствор ацетата железа (II) в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида, возвращают в реактор на повторный процесс или используют по иному целевому назначению. Технический результат – упрощение технологии, улучшение экономических показателей процесса за счет использования дешевого окислителя.

Изобретение относится к технологии получения ацетата железа (II) и может быть использовано в различных областях промышленной и лабораторной химии, а также в аналитическом контроле.

Известен способ получения ацетата ртути взаимодействием металлической ртути с надуксусной кислотой, образующейся из уксусной кислоты и пероксида водорода непосредственно в реакционной смеси в присутствии катализатора (пат. США №2873289, кл. 556-131, опубл. 1960).

Недостатком его является то, что надуксусная кислота и пероксид водорода слишком сильные окислители, чтобы в их присутствии ацетат железа (II) остался в качестве целевого продукта и не превратился бы в более стойкую соль железа (III). К тому же предлагаемая в патенте технология довольно сложна и базируется на каталитическом процессе, который всегда предъявляет повышенные требования к минимизации содержания примесей в системе.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения ацетатов двухвалентных меди, никеля или кобальта взаимодействием соответствующего металла с уксусной кислотой в мольном соотношении 1:5,2-5,3 в присутствии кислорода при температуре 100-120°С и давлении кислорода 0,4-0,6 МПа (а.с. СССР №1097604).

Недостатками указанного способа являются:

1. Довольно высокая температура процесса, при которой растворимость кислорода будет мала даже при используемом повышенном давлении.

2. Использование вместо воздуха кислорода предполагает определенные условия безопасного проведения окислительно-восстановительного процесса.

3. Для перечисленных в авторском свидетельстве металлов двухвалентное состояние металла в солях является наиболее стабильным и распространенным, чего нельзя сказать о солях двухвалентного железа. Уже по этой причине можно ожидать, что аналогичный по режиму процесс для железа вряд ли возможен.

Задача настоящего решения – получить ацетат железа (II) в условиях, где в качестве исходных реагентов будут железо, уксусная кислота и кислород воздуха, при этом при более низких температурах и без использования избыточного давления.

Поставленная задача достигается тем, что процесс ведут в два следующих один за другим этапа без смены реакционного аппарата, перерыва во времени и дозагрузок реагентов, причем на первом этапе в качестве окислителя используют воздух в режиме барботажа, а сам этот этап ведут при интенсивном механическом перемешивании высокоскоростной мешалкой порошка железа и уксусной кислоты при мольном соотношении 5:1 с добавкой уксусного ангидрида в количестве 4% от массы загруженной кислоты при температуре 17-25°С до накопления в системе соли железа (III) в количестве 0,75-0,96 моль/кг, после чего подачу воздуха заменяют на подачу азота, добавляют 4% от массы начальной загрузки уксусной кислоты уксусного ангидрида, повышают температуру до 35-40°С и ведут второй этап процесса до полного расходования всей накопившейся в первом этапе соли железа (III) на образование соли железа (II), которую в виде белоснежной суспензии в оставшейся жидкой фазе отделяют от тяжелых частичек непрореагировавшего железа, фильтруют и сушат в атмосфере азота, а образующийся при фильтровании фильтрат возвращают в реактор на загрузку для повторного процесса или используют по иному назначению.

Характеристика используемого сырья

Железо восстановленное по ТУ 6-09-2227-81

Уксусная кислота по ГОСТ 61-75

Уксусный ангидрид по ГОСТ 5815-77

Воздух атмосферный без какой-либо дополнительной очистки

Проведение процесса заявляемым способом следующее. В реактор, снабженный высокоскоростной мешалкой лопастного типа, обратным холодильником-конденсатором, барботером и пробоотборником, загружают расчетные количества уксусной кислоты, уксусного ангидрида и порошкообразного железа. Включают механическое перемешивание, подают на барботаж воздух и проводят процесс при температуре окружающей среды до накопления в реакционной смеси определенного количества соли железа (III). Далее воздух заменяют на азот, несколько повышают температуру и продолжают перемешивание до момента, когда вся накопившееся в первом этапе соль железа (III) не превратиться в соль железа (II). В этот момент перемешивание прекращают, дают возможность тяжелым частицам непрореагировавшего железа осесть на дно, после чего белоснежную суспензию ацетата железа (II) отделяют от непрореагировавшего железа и направляют на фильтрование. Осадок подсушивают, а затем и высушивают до постоянной массы. При этом все это делается в среде азота. Образующийся при отделении твердой соли ацетата железа (II) фильтрат направляют в реактор на загрузку для повторного процесса либо используют по иному назначению.

Пример №1.

В реактор объемом 483 мл, снабженный тефлоновой мешалкой лопастного типа (720 об/мин), обратным холодильником-конденсатором, обеспечивающим свободный выход газового пространства реактора в атмосферу, барботером и пробоотборником, позволяющим проводить отбор проб без прекращения перемешивания, загружают 205,9 г ледяной уксусной кислоты, 8,2 г уксусного ангидрида и 38,44 г порошка восстановленного железа с максимальным линейным размером частиц не более 0,6 мм. Мольное отношение кислоты и восстановителя в исходной загрузке 5:1. Исходная температура 17°С. Включают механическое перемешивание и барботаж воздуха с расходом 0,23 л/мин. В таком режиме ведут процесс до накопления в реакционной смеси соли железа (III) в количестве 0,96 моль/кг. Это произошло через 139 мин.

Не прекращая перемешивания, заменяют воздух на азот, повышают температуру реакционной смеси до 35°С, добавляют 8,2 г уксусного ангидрида и периодически контролируют содержание соли железа (II) и железа (III) в реакционной смеси. Через 87 мин протекания второго этапа анализ показал практически полное отсутствие соли железа (III) в реакционной смеси.

Перемешивание прекращают, дают 5 мин для отстаивания и локализации в районе сферического дна реактора частиц непрореагировавшего железа, перекрывают выход в атмосферу из обратного холодильника-конденсатора и через находящийся в районе дна реактора боковой патрубок белоснежную суспензию ацетата железа (II) направляют в узел фильтрования. Автоматически в этот узел направляется и поток азота, который обеспечивает и некоторое подсушивание осадка на фильтре. В дальнейшем этот осадок досушивают в сушильном шкафу в атмосфере азота. А фильтрат, представляющий собой насыщенный раствор ацетата железа (II) в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида, направляют в реактор на загрузку для повторного процесса или на использование по иному целевому назначению.

Масса сухого ацетата железа (II) 56,1 г, содержание ацетата железа (II) в фильтрате и в реакторе 1,2 г. Таким образом, выход продукта 99,3%.

Пример №2.

Реактор и его оснащение аналогичны описанным в примере 1. Объем 519 мл, скорость вращения мешалки 1440 об/мин. Мешалка выполнена из нержавеющей стали.

Исходная загрузка уксусной кислоты 231,81 г, уксусного ангидрида 9,27 г, восстановленного железа 43,26 г. Исходная температура 25°С. Расход воздуха 0,27 л/мин. Через 103 мин ведения процесса при перемешивании в указанных условиях содержание соли железа в реакционной смеси оказалось 0,75 моль/кг.

Без прекращения перемешивания заменяют воздух на азот, добавляют 9,27 г уксусного ангидрида, повышают температуру реакционной смеси до 40°С и через 79 мин проведения второго этапа в реакционной смеси присутствовала только соль железа (II).

Выделение продукта аналогично описанному в примере 1. Масса сухого ацетата железа (II) составила 45,6 г и ˜2 г осталось в реакторе и возвращено с фильтратом, т.е. выход 99,4%.

Положительный эффект предлагаемого решения состоит в следующем.

1. Условия проведения процесса очень мягкие, аппаратурное оформление простое и не требует каких-либо специальных решений.

2. Используется доступный природный окислитель.

3. В загрузке нет посторонних загрязняющих веществ. Поэтому чистота получаемого продукта будет полностью определяться чистотой используемого железа.

4. Выделение продукта происходит простым фильтрованием суспензии.

Формула изобретения

Способ получения ацетата железа (II) взаимодействием металла с уксусной кислотой в присутствии окислителя, отличающийся тем, что процесс ведут в два следующих один за другим этапа без смены реакционного аппарата, перерыва во времени и дозагрузок реагентов, причем на первом этапе в качестве окислителя используют воздух в режиме барботажа, а сам этот этап ведут при интенсивном механическом перемешивании высокоскоростной мешалкой порошка железа и уксусной кислоты при мольном соотношении 5:1 с добавкой уксусного ангидрида в количестве 4% от массы загруженной кислоты при температуре 17-25°С до накопления в системе соли железа (III) в количестве 0,75-0,96 моль/кг, после чего подачу воздуха заменяют на подачу азота, добавляют 4% от массы начальной загрузки уксусной кислоты уксусного ангидрида, повышают температуру до 35-40°С и ведут второй этап до полного расходования всей накопившейся в первом этапе соли железа (III) на образование соли железа (II), которую в виде белоснежной суспензии в оставшейся жидкой фазе отделяют от тяжелых частичек непрореагировавшего железа, фильтруют и сушат в атмосфере азота, а образующийся при фильтровании фильтрат возвращают в реактор на загрузку для повторного процесса или используют по иному назначению.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 23.03.2006

Извещение опубликовано: 27.04.2007 БИ: 12/2007