терморегулятор при дистилляции органических соединений

Формула изобретения

Применение полимерной кремнийорганической жидкости в качестве терморегулятора при дистилляции органических соединений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к технологии получения чистых органических соединений методом дистилляции и может быть использовано на предприятиях химической, пищевой, нефтеперерабатывающей и ряда других отраслей промышленности.

С целью снижения температуры кипения подвергаемого очистке органического соединения, применяют перегонку (дистилляцию) в вакууме, в этом случае уменьшается разложение этого соединения [1].

Однако при дистилляции при пониженном давлении (в вакууме) не удается избежать образования кубового остатка. Кубовый остаток (кокс, смола, гудрон, полугудрон) по составу и строению отличается от подвергаемого очистке органического соединения, образуется он за счет местного перегрева в кубе установки, которого практически никогда не удается избежать.

Известен ряд соединений, подаваемых в куб при дистилляции органических соединений также с целью снижения температуры в кубе.

Так, например при дистилляции гликолей и ароматических углеводородов в низ отпарной колонны подают водяной пар, что позволяет предотвратить разложение диэтиленгликоля [2].

Однако известные вещества не позволяют достичь равномерного нагрева кубового продукта и исключить смолообразование.

С целью увеличения производительности установок для дистилляции за счет удлинения срока непрерывной их работы, повышения качества перегнанного продукта и улучшения экологической обстановки на предприятиях за счет отсутствия слива кубового остатка в канализацию и резкого уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу предложено в качестве терморегулятора при дистилляции органических соединений использовать кремнийорганические жидкости.

В качестве кремнийорганических жидкостей могут быть использованы полидиметилсилоксановая ПМС-200 (ГОСТ 13032-67), полидиэтилсилоксановая ПЭС-5 (ГОСТ 13004-67) и полиметилфенилсилоксановая ПФМС-4 жидкости с вязкостью 200-1000 сантистокс в количестве 2,5-10,0% от массы перегоняемого продукта.

Предлагаемые в качестве терморегулятора химически инертные и термостойкие полимерные кремнийорганические жидкости без концевых функциональных групп - полидиметил-, полидиэтил-, полиметилфенилсилоксановой общей формулы

.

Где R = CH₃, C₂H₅, C₆H₅; n = 3-700.

Широко применяются в качестве основы консистентных и разделительных смазок, пеногасителей и регуляторов пены, в фармации и косметике в качестве основы для мазей и добавок, улучшающих потребительские свойства продукции, в товарах бытовой химии - мастиках для полов, полирующих составах, кремах для обуви, в автокосметике, в качестве разделительной среды в газожидкостной хроматографии, как заливочные демпферы в различных приборах, в качестве добавок, улучшающих качество лакокрасочных покрытий [3-4]. Выпускаются они в достаточном количестве отечественной промышленностью.

Предназначенная для дистилляции смесь представляет собой однородный (гомогенный) раствор. При применении кремнийорганических жидкостей перегоняемое вещество или смесь веществ не смешиваются с ними: образуется два слоя. В зависимости от удельных масс слой кремнийорганической жидкости находится либо наверху, либо внизу. При дистилляции через перегоняемую жидкость барботируется воздух, инертный газ или острый пар, при этом образуется нестойкая эмульсия, в которой кремнийорганическая жидкость выступает в роли дисперсной фазы и является регулятором теплового режима (терморегулятором). Возможность местного перегрева резко снижается или вообще отсутствует, осмоления содержимого куба не происходит.

После отгонки всего содержимого кремнийорганическая жидкость остается в кубе дистилляционной установки без изменений и в том же количестве. К ней добавляют новую порцию предназначенного к дистилляции продукта и так до бесконечности.

Использование в качестве терморегулятора предлагаемых кремнийорганических жидкостей не известно, что позволяет сделать вывод о новизне и неочевидности признака.

Промышленная применимость терморегулятора при дистилляции органических соединений подтверждена следующими примерами.

Пример 1. В куб дистилляционной установки подают 3200 кг технического 88%-ного раствора глицерина (сапонификата), нагретого до 175^oC, и 80 кг (2,5% от массы сапонификата) кремнийорганической жидкости ПЭС-5 (ГОСТ 13004-67). Дистилляцию проводят в вакууме 15-20 мм.рт.ст. и при температуре в кубе 175-180^oC и при перемешивании содержимого куба впрыскиваемым паром с давлением 0,8 ати. Обогрев куба производится глухим паром, подаваемым в змеевики. Процесс непрерывный, длится 10-15 суток. По мере отгонки воды, содержащей следы глицерина (так называемой "сладкой воды"), и собственно глицерина в куб установки периодически подаются новые порции подогретого сапонификата по 1000- 2500 кг. Дистиллированный глицерин отбирается порциями по 500 кг.

При переработке 77800 кг технического 88%-ного раствора глицерина, отбирают 129 порций дистиллированного глицерина по 500 кг (129 х 500 = 64500 кг) и 49400 кг "сладкой" воды, содержащей 49400 х 0,015 = 740 кг глицерина. По данным заводской лаборатории среднее содержание глицерина в "сладкой" воде 1,5%.

За время работы установки в течение полугода гудрон в кубе установки не образуется. В последних 30-ти порциях дистиллированного глицерина средняя концентрация его составила 98,6%, содержание сложных эфиров 0,35%. В выбросах в атмосферу акролеин отсутствует.

Пример 2. К 500 г нагретой до 105^oC смеси жирных кислот, полученной расщеплением (гидролизом) животного жира высшего сорта безреактивным методом, добавляют по каплям 25 г (5%) полиметилфенилсилоксановой жидкости ПМФС-4 с d²₄⁰ 1,1, которая образует нижний слой в кубе перегонной установки (по мере отгонки при 220-230^oC (10-15 мм.рт.ст.) в куб перегонной установки периодически добавляют 13 порций по 150 г подогретых до 160^oC жирных кислот. Всего отбирают 2380 г конечного продукта - дистиллированных жирных кислот (их смеси). Кубовый остаток не образуется. Кремнийорганическая жидкость ПМФС-4 - остаток без изменений.

По аналогичной схеме дистилляции жирных кислот в количестве 500 + (150 х 13) = 2450 г, но без добавления кремнийорганической жидкости, отбирают 1940 г дистиллированных жирных кислот; в кубе установки образуется 390 г (15,9%) кубового остатка - гудрона.

Пример 3. К 500 г дибутилового эфира диэтиленгликоля (C₄H₉OCH₂CH₂)₂O добавляют 50 г (10%) полидиметилсилоксановой жидкости ПМС-200 (ГОСТ 13032-67) с удельной массой d²₄⁰ 0,98, которая образует нижний слой в кубе перегонной установки. Содержимое перегоняется при 122-128^oC (15-20 мм.рт.ст.). Получено 493 г исходного дибутилового эфира диэтиленгликоля с n²_D⁰ 1,4247 (хорошо совпадает с литературными данными). На дне куба остается жидкость ПМС-200 в том же (50 г) количестве. При аналогичной перегонке, но без добавления ПМС-200, кубовый остаток составил 67 г (13,4%).

ПРИМЕР 4. (контрольный, без добавки кремнийорганической жидкости). В куб дистилляционной установки подают 2500 кг технологического 88%-ного раствора глицерина, нагретого до 175^oC. Дистилляцию производят в вакууме 15-20 мм.рт. ст. и при температуре в кубе 175- 180^oC. Всего за цикл было переработано 61000 кг 88%-ного раствора глицерина. Отобрано (500 х 32)+ 300 = 46300 кг дистиллированного глицерина и 25800 кг сладкой воды, в которой содержалось 25800 х 0,015 = 400 кг глицерина. Кубовый остаток - гудрон - в количестве (61000 х 0,88)-46300-400 = 6980 кг, или от массы глицерина, взятого для дистилляции.

Предлагаемые терморегуляторы могут быть применены на любых промышленных и лабораторных установках для фракционной перегонки смесей или дистилляции органических соединений.

Применение предлагаемых терморегуляторов обеспечивает следующие преимущества:

1. Отсутствие кубового остатка при достаточно длительной работе установки улучшает экологическую ситуацию в населенном пункте, т.к. уменьшает сброс вредных веществ в водоем или в канализацию.

2. Упрощается технология процесса и повышается производительность установки для дистилляции, т.к. не требуется затрачивать время на остановку для разваривания гудрона и спуска его раствора с последующей промывкой куба.

3. Увеличивается выход конечного продукта (на 15%).

4. Улучшается качество конечного продукта.

5. Уменьшается выброс вредных веществ в атмосферу.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения:

1. Берлин А. Я. Техника лабораторной работы в органической химии, М.: Химия, 1973, с. 368.

2. Промышленные установки каталитического риформинга /под ред. Г.А.Ластовкина, Л.: Химия, 1984, с.95.

3. Сопоставительные обзоры, по отдельным производствам химической промышленности, вып. 14, 15. М.: НИИТЭХИМ, 1970.

4. Соболевский М. В., Музовская О.А., Попелева Г.С. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. М.: Химия, 1975, с.296.