способ получения стабилизированных растворов n,n'-бис(диметиламинометил)мочевины

Формула изобретения

Способ получения стабилизированных растворов N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины взаимодействием водных растворов диметиламина, формальдегида и мочевины в стехиометрических соотношениях при температуре 5÷50°С, отличающийся тем, что смешивают водные растворы формальдегида и диметиламина с последующей выдержкой не более 0,5 ч, затем в образовавшуюся реакционную смесь вводят 50%-ный раствор этиленгликоля в метаноле в количестве не менее 0,01 моль этиленгликоля на 1 моль диметиламина и водный раствор мочевины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения стабилизированных водных растворов N-аминометиленовых производных амидов карбоновых кислот - реагентов для модификации водорастворимых высокомолекулярных соединений различного строения, в частности получения стабилизированных водных растворов N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины, используемых для увеличения флокуляционных свойств водных растворов полиакриламида, применяемых в свою очередь для обезвоживания высокодисперстных осадков сточных и коммунальных вод.

Известны несколько способов получения N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины (БДАММ). Так, в патенте DE № 2246108, МПК C07C 127/5, 125/06, опубл. 06.11.1980 г., БДАММ получают в водной среде взаимодействием мочевины с диметиламином и формальдегидом, взятых в 50%-ном избытке от стехиометрического соотношения при 30-45°С в течение 4 часов. Выделение и очистку БДАММ производят отгонкой из реакционных растворов воды, побочных, промежуточных продуктов и исходных реагентов, взятых в избытке. Полученный таким способом БДАММ имеет высокую чистоту, является стабильным реагентом, но такой способ получения его имеет следующие недостатки:

- повышенный расход исходных реагентов;

- значительное количество отходов;

- наличие примесей в техническом БДАММ;

- высокий расход энергии на дистилляционную очистку БДАММ.

В патенте RU 2311406, МПК C07C 275/14, опубл. 227.11.2007 г., предложен двухстадийный способ получения БДАММ в водном растворе из мочевины, диметиламина и формальдегида, взятых в стехиометрических соотношениях, при температуре от 5 до 50°С, временем синтеза в течение 1-3 часов. В этом способе образуются более чистые растворы БДАММ, но они обладают малой стабильностью. Из-за наличия в растворе подвижного равновесия между низкокипящими исходными соединениями и БДАММ, которое со временем быстро смещается при изменении температуры растворов и степени испарения компонентов из растворов, период сохранения физико-химических и химических свойств растворов БДАММ от момента его получения до использования в процессах модификации полиакриламида составляет 4-6 часов. Использование растворов БДАММ за пределами указанного времени хранения сопровождается снижением флокуляционных свойств модифицированного полиакриламида.

Задача предлагаемого изобретения состоит в значительном, многократном, вплоть до 6-ти месяцев, увеличении сроков временного хранения растворов БДАММ с помощью стабилизирующих реагентов.

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения стабилизированных водных растворов БДАММ с использованием в качестве стабилизатора этиленгликоля (ЭГ) в виде 50%-ного метанольного раствора.

Стабилизацию водных растворов БДАММ проводят следующим образом. При перемешивании и температуре 5-50°С смешивают водный раствор формальдегида концентрацией 20-55 масс.% с водным раствором диметиламина (ДМА) концентрацией 20-46 масс.% в мольном соотношении 1:1 с последующей выдержкой реакционной смеси до 0,5 часа. Затем в образовавшуюся реакционную смесь при температуре 5-50°С добавляют 50%-ный (масс.) раствор этиленгликоля (ЭГ) в метаноле в количестве не менее 0,01 моля ЭГ на 1 моль ДМА и 50%-ный (масс.) водный раствор мочевины в количестве 0,5 моля мочевины на 1 моль ДМА и выдерживают в течение 0,5-3,0 часа.

Последовательность введения реагентов в реакционную смесь и их соотношения являются существенной новизной в технологии, обеспечивающей получение стабилизированных растворов БДАММ со сроком хранения не менее 6 месяцев.

Предлагаемая технология получения стабилизированных растворов БДАММ отработана на пилотной установке и подтверждена на опытно-промышленной установке.

Общая методика получения стабильных растворов БДАММ на пилотной лабораторной установке.

В 3-горлую колбу вместимостью 1000 мл, снабженную рубашкой для охлаждения или нагрева, механической мешалкой, термометром, капельной воронкой, обратным холодильником, помещали раствор формалина в заданном количестве. К нему из капельной воронки при интенсивном перемешивании дозировали расчетное количество раствора диметиламина в температурном диапазоне 20-30°С (охлаждение холодной водой) с последующей выдержкой при этой температуре 30 минут.

Затем к полученному водному раствору N,N-диметиламинометанола добавляли 50%-ный раствор этиленгликоля в метаноле и 50%-ный водный раствор мочевины при 25-30°С с последующим нагревом реакционной массы до 50°С и ее выдержкой при указанной температуре 0,5-3 часов. Образовавшийся раствор анализировали на содержание основного вещества и примесей. Анализом состава водных растворов БДАММ, испытанием модифицированного полиакриламида в течение длительного времени (до 9 месяцев) определяли сроки хранения образцов стабилизированных растворов БДАММ.

Получение стабилизированных водных растворов N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины на опытно-промышленной установке.

В титановый реактор вместимостью 3,2 м³, снабженный турбинной мешалкой с числом оборотов 100 об/мин, рубашкой для обогрева и охлаждения и обратным холодильником (F_охл=2 м²), загружали из мерника под давлением азота 680 л 36% формалина (750 кг, 9,0 кмоль). Затем в реактор дозировали 1200 л 38,5% водного диметиламина(1052 кг, 9,0 кмоль) с расходом 20-25,0 л/мин при температуре в реакторе не выше 30°С и выдерживали реакционную массу при 30°С в течение 0,5 часа. Затем в реактор загружали при температуре 20-30°С 11,2 кг 50% раствор этиленгликоля (ЭГ) в метаноле(5,6 кг ЭГ, 0,09 кмоля) и 50% водный раствор мочевины в количестве 540 кг (270 кг мочевины, 4,5 кмоля). Реакционную массу выдерживали в течение 3 часов при 50°С. По завершении процесса полученный водный раствор N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины выгружали из реактора через патронный фильтр (очистка от механических примесей) в сборник готового продукта (полиэтиленовые емкости или стальные бочки). Получали 2353 кг стабилизированного раствора N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины с содержанием основного вещества 33,27 масс.%. Выход 99,5%. Содержание диметиламина 0,1 масс.%, формалина 0,07 масс.%. Минимальное время хранения по данным испытаний состава, физико-химических и химических составило 6 месяцев (4400) ч.

Таким образом технологические параметры получения стабилизированных водных растворов N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины подтверждены в условиях опытно-промышленной установки, а срок хранения водных растворов N,N'-бис(диметиламинометил)мочевины увеличился до 6 месяцев, т.е. почти в 1000 раз по сравнению с нестабилизированными растворами.