способ приготовления моющего средства

Формула изобретения

Способ приготовления моющего средства, включающий перемешивание олеума с малеиновым ангидридом, отличающийся тем, что 40-60% олеум вводят каплями в расплав малеинового ангидрида, нагретого до 75-80^oС, в течение 2,5-5,0 ч с расходом 1,7-3,5 г/мин олеума на 1 г малеинового ангидрида при постоянном перемешивании.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к техническим моющим средствам (ТМС) для очистки поверхности разных классов материалов - диэлектриков, металлов, полупроводников и др.

Известен способ получения моющего средства на основе сульфомалеинового ангидрида путем введения серного ангидрида, стабилизированного добавкой 2-4% четыреххлористого углерода, к свежеперегнанному малеиновому ангидриду при охлаждении реакционной массы смесью льда с солью. После прибавления всего количества серного ангидрида реакционную смесь выдерживают при 40-45^oC в течение 6 часов, а затем 1 час при температуре 60-70^oC. Продукты реакции подвергают фракционной разгонке. После двух перегонок получают сульфомалеиновый ангидрид (ЖОХ т.49, вып.4, с.834, 1979 г., Груздев В.Г. "Сульфирование ангидридов и хлорангидридов"). К недостаткам этого способа относятся:

1. Неуправляемость процесса синтеза сульфомалеинового ангидрида, так как введение серного ангидрида производится в свежеперегнанный малеиновый ангидрид, следовательно первоначальная температура реакции близка к 200^oC, смешение исходных реагентов является экзотермическим процессом и сопровождается значительным выделением тепла. Охлаждение реакционной смеси смесью льда с солью не позволяет поддерживать постоянно необходимую оптимальную температуру процесса (~70-80^oC), что приводит к локальным перегревам и большому разбросу температуры в реакционной смеси и, в результате, к образованию побочных продуктов, состав которых установить весьма затруднительною. Побочные процессы окисления и осмоления, протекающие одновременно с основным синтезом, приводят к получению многокомпонентной смеси продуктов различных реакций.

2. Необходимость ректификации реакционной массы с целью выделения индивидуального продукта удорожает процесс, делает его длительным во времени, резко снижая производительность, и невыгодным с точки зрения применения ТМС в качестве основы моющих составов; исключение процесса ректификации недопустимо вследствие попадания продуктов побочных реакций в моющий состав и ухудшения качества очистки поверхности.

3. Только многократность перегонки обеспечивает чистоту получаемого сульфомалеинового ангидрида, что существенно снижает производительность процесса в целом. Однако, длительный неконтролируемый синтез и многоэтапная ректификация в данном случае не гарантирует отсутствие хлора в конечном продукте, что делает его экологически проблемным.

Наиболее близким техническим решением является способ приготовления моющего средства, включающий перемешивание малеинового ангидрида с гидратом серного ангидрида (SО₃)_m(Н₂О)_n при соотношении m:n, равном (1-3):1, в течение 15-20 мин при температуре < 40^oC, подачу в полученную смесь серного ангидрида при общем мольном соотношении малеиновый ангидрид : серный ангидрид 1:(3-5), повышение температуры в реакторе до 71-80^oC и выдержку при этой температуре в течение 30-40 мин. В качестве серного ангидрида используют олеум, концентрированную серную кислоту (RU 2115701 С1 от 20.07.98 г.).

Недостатки данного способа следующие:

1. Исходные компоненты реакции находятся в различных фазах: малеиновый ангидрид - твердое вещество, серный ангидрид - газ (олеум - жидкость). Температура введения в реактор серного ангидрида - 40^oC диктует проведение процесса в гетерогенной системе, где скорость химической реакции определяется скоростью подачи газового реагента и дисперсностью твердого. Увеличение дисперсности малеинового ангидрида путем обработки гидратом серного ангидрида при перемешивании ограничено, так как при увеличении объема гидрата (серной кислоты) происходят процессы осмоления на поверхности малеинового ангидрида, затрудняя доступ исходного реагента - сернистого газа к другому исходному компоненту - собственно малеиновому ангидриду. Кроме того, проведение реакции в гетерофазной системе приводит к избытку олеума в реакционной смеси и, соответственно, в конечном продукте синтеза, что повышает кислотность получаемого состава.

2. Увеличение скорости подачи серного ангидрида для интенсификации барботажа реакционной смеси и увеличения удельной реакционной поверхности приводит к избытку серного ангидрида в объеме реактора, что делает необходимым монтаж системы улавливания паров серного ангидрида, что усложняет аппаратное оформление процесса. Кроме того, увеличение скорости подачи серного ангидрида снижает время контакта компонентов реакции и, как следствие, полноту ее протекания. В результате в конечном продукте содержатся примеси полупродуктов реакции. В данном способе для обеспечения полноты протекания реакции в гетеросистеме подача серного ангидрида осуществляется медленно и, в зависимости от объемов реакционной смеси, время подачи колеблется от 6 часов (лабораторный синтез) до 24 часов (промышленный процесс).

3. Присутствие воды в реакционной смеси приводит к частичной гидратации малеинового ангидрида с образованием малеиновой кислоты и снижению исходного твердого реагента, поэтому в объеме реактора образуется избыток паров серного ангидрида и по окончании процесса необходимо проводить отгонку избытка серного ангидрида.

4. Использование в процессе химической реакции избытка олеума приводит к повышенному содержанию олеума в конечном продукте реакции, что, в дальнейшем, при приготовлении водных растворов моющего средства приводит к избыточному содержанию серной кислоты в готовом составе для обработки поверхности. Эффективность таких составов снижается за счет уменьшения хелатообразующей способности сульфомалеинового ангидрида.

Таким образом, процесс получения ТМС по данному способу непроизводителен и требует дополнительных мер для удаления избытка серного ангидрида и не гарантирует чистоту полученного продукта.

Целью настоящего изобретения является повышение чистоты продукта ТМС и увеличение производительности процесса его получения.

Поставленная цель достигается тем, что 40-60% олеум вводят каплями в расплав малеинового ангидрида, нагретого до температуры 75-80^oC в течение 2,5-5,0 часов с расходом 1,7-3,5 г/мин на 1 г малеинового ангидрида при постоянном перемешивании. Равномерное введение олеума каплями при постоянном перемешивании позволяет обеспечить постоянную скорость протекания реакции образования сульфомалеинового ангидрида за счет обеспечения постоянства температуры реакции (процесс экзотермический, введение реагента малыми дозами не дает возможности неконтролируемого разогрева реакционной смеси), что, в целом, обеспечивает полноту синтеза и сводит на нет образование побочных продуктов реакции.

Нагрев малеинового ангидрида до температуры менее 75^oC не гарантирует полное переведение исходного порошкообразного вещества в расплав, что может привести к наличию двух различных фаз в реакционной зоне и, следовательно, протеканию химического процесса в гетерофазной системе, что резко снижает производительность процесса и увеличивает вероятность образования побочных продуктов синтеза. Нагрев расплава выше 80^oC приводит к неконтролируемому разогреву реакционной смеси, так как в этом случае рост температуры в результате экзотермического процесса приобретает экспоненциальный характер. При снижении расхода олеума менее 1,7 г/мин на 1 г малеинового ангидрида, значительно увеличивается продолжительность синтеза (до 6 часов и выше).

Прекращение синтеза по истечении 5 часов, в этом случае, дает в конечном продукте высокое содержание не прореагировавшего исходного малеинового ангидрида. Увеличение расхода олеума более 3,5 г/мин на 1 г малеинового ангидрида вызывает резкое повышение температуры за счет увеличения интенсивности экзотермического процесса, кроме того в конечном продукте синтеза присутствует избыток олеума, что в дальнейшем ухудшает качество очистки поверхности полученным составом. В данном случае реакция протекает быстро (менее 2,5 часов), и состав конечного продукта многокомпонентен, что полностью не соответствует поставленной цели.

Проведение реакции в указанных оптимальных условиях при постоянной температуре в гомогенной системе жидкость - жидкость, дозированная в виде капель подача олеума высокой концентрации позволяет обеспечить полноту протекания реакции и получить конечный продукт с высоким содержанием сульфомалеинового ангидрида в отсутствие примесей в виде избытка олеума и побочных продуктов. Последние не образуются вследствие того, что дозированная подача олеума способствует протеканию только основного синтеза. Необходимо отметить, что отсутствие воды в реакционной системе не приводит к образованию малеиновой кислоты, следовательно, основная реакция проходит в строгом стехиометрическом соотношении.

Установленные параметры процесса позволяют с одинаковой гарантией получить чистый продукт как в малых, так и значительных объемах реакционной смеси. При этом производительность процесса увеличивается за счет сокращения времени синтеза и отсутствия дополнительных этапов: как подготовки исходных, так и очистки и ректификации конечных продуктов в 2 раза.

Пример 1

В реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником, капельным дозировочным устройством, помещенный на водяную баню, загружают 145 г малеинового ангидрида и включают механическую мешалку. Содержимое реактора нагревают до 78^oC, после чего в полученный расплав малеинового ангидрида через дозировочное устройство прикапывают 442 г 60% олеума в течение 5 часов, поддерживая температуру в реакторе 75^oC.

По истечении указанного времени отбирается проба и проводится анализ на содержание сульфомалеинового ангидрида. При концентрации основного вещества 95% и более синтез завершается.

Пример 2

В реактор, снабженный механической мешалкой, водяной рубашкой, термометром и капельным дозиметром, загружают 268 кг малеинового ангидрида и включают механическую мешалку. Содержимое реактора нагревают до 75^oC индукционным методом, после чего в полученный расплав малеинового ангидрида через капельный дозиметр подают в зону реакции 805 кг 40% олеума в течение 4 часов, поддерживая температуру в реакторе 75^oC.

По истечении указанного времени отбирается проба и проводится анализ на содержание сульфомалеинового ангидрида. При концентрации основного вещества 95% и более синтез завершается.

Пример 3

В реактор, снабженный механической мешалкой, водяной рубашкой, термометром и капельным дозиметром, загружают 800 кг малеинового ангидрида и включают механическую мешалку. Содержимое реактора нагревают до 78^oC индукционным методом, после чего в полученный расплав малеинового ангидрида через капельный дозиметр подают в зону реакции 4500 кг 60% олеума в течение 2,5 часов, поддерживая температуру в реакторе 75^oC.

По истечении указанного времени отбирается проба и проводится анализ на содержание сульфомалеинового ангидрида. При концентрации основного вещества 80% и более синтез завершается.

Водные растворы на основе полученного продукта обладают уникальными очищающими свойствами за счет комбинированного воздействия сульфомалеиновой и серной кислот, которые создают в растворе объемную пространственную систему, обладающую сильнейшей комплексообразующей способностью, за счет чего происходит удаление окисно-солевых соединений с обрабатываемой поверхности, удаление ионов металлов в виде "хелатов" и удержания их в объеме обрабатывающего раствора, предотвращая вторичную сорбцию на обрабатываемую поверхность.

Предлагаемый способ не обладает недостатками известных способов, производителен и дает возможность получения чистого продукта с высоким содержанием основного вещества.

Водные растворы на основе полученного продукта были опробованы при обработке поверхностей:

- в микроэлектронике при очистке поверхности кремниевых пластин в технологии производства интегральных схем;

- в теплоэнергетике при очистке рабочих

поверхностей водогрейных котлов типа ПТВМ-100.

Полученные результаты опытных промывок показали высокое качество очистки поверхностей.