Способ получения алкилксантогенатов щелочных металлов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;-, н авторскому СвидктельСтВМ l

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3623648/23-04 (22) 03.05.83 (46) 28.02.86. Бюл. У 8 (72) Г.А.Анохин, С.Ф.Борисов, .Б.Н.Горбунов, Л.А.Лнсаченко, .В.А.Малий н В.Д.Рыжов (53) 547.494.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 895981, кл. С 07 С 154/02, 15.03.77.

Патент ЧССР М 97929,,кл. 120, 23/03, опублик. 1961.

150 4 С 07 С 154/02 В 01 D 1 00 (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИЛКСАНТОГЕНАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ взаимодействием сероуглерода, спирта и щелочи при 30-40 С, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода и качества целевых продуктов, процесс проводят в роторно-пленочном реакторе с линейной скоростью рабочих элементов ро- . тора 8-20 м/с в две последовательные стадии, первую осуществляют в вертикальной ступени аппарата в тетечение 0,5-4 мин, а вторую — в горизонтальной ступени аппарата

7-19,5 мин.!

2!4662

Изобретение относится к усовер= шенствованному способу получения алкилксантогенатов щелочных металлов (АЩИ), которые находят применение при флотационном обогащении сульфидных руд цветных и редких металлов.

Целью изобретения является повышение выхода и качества целевых продуктов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Исходные компоненты .(спирт, раствор щелочи, сероуглерод) иэ соответствующих меринков дозаторами 2 непрерывно подаются нри 3040 С в верхнюю часть вертикального аппарата 3, увлекаются лопастями ротора, движущимися с линейной скоростью 8-20 м/с, интенсивно перемешиваются и размазываются по поверхности теплообмена внутри аппарата, Образующаяся при этом жидкостная пленка движется вдоль вогнутой стенки вертикальной ступени 3 вертикально и тангенциально, в результате чего образуется спиралеобразное пленочное течение. Перед лопастями ротора происходит накопление жидкости и образуется жидкостный валик, в котором происходит интенсивное перемешивание и идеальное взаимодействие реагирующих компонентов с одновременным отводом тепла, выделяющегося в результате реакции. Тепло отводится при помощи охлаждающей жидкости, подаваемой в теплообменную рубашку вертикального аппарата 3, за счет чего в ящцкостной пленке внутри аппарата поддерживается температура 30-40 С.

О

Время пребывания исходных компонентов в вертикальном аппарате 3 0,54 мин, при этом массовая доля прореагировавших компонентов составляет 72-90%. Из вертикального аппарата 3 реакционная масса поступает в горизонтальный аппарат 4. Пленочное течение реакционной массы в аппарате 4 формируется эа счет центробежной силы, создаваемой лопатка- 55, ми ротора. Тепдо, выделяющееся в результате реакции, протекающей в пленке реакционной массы, отводится при помощи охлаждающей жидкости, циркулирующей в теплообменной рубашке горизонтального аппарата 4. За счет этого в пленке реакционной массы поддерживается также постояно ная температура в пределах 30-40 С.

Время пребывания реакционной массы в горизонтальном аппарате 4 составляет !9,5-!6,0 мин. За зто время реакция ксантогенирования завершается полностью. Из горизонтальной ступени 4 реакционная масса поступает в накопитель 5, из которого направляется на сушку.

Пример !. Получение и -бутилового ксантогената калия.

В двухступенчатый реактор, сос» тоящий из роторного пленочного аппарата 3 с поверхностью теплообмена

О,! и (первая ступень) и реактора вьггеснения 4 (вторая ступень), микродозаторами 2 непрерывно подают иэ мерников Ц -бутиловый спирт в количестве 3,64 мл/мин (0,05 моль/мин) и сероуглерод в количестве 3,0 мл/мин (0,05 моль/мин).Компоненты с помощью вращающегося ротора тщательно перемешиваются и взаимодействуют с образованием в-бутилового ксантогената калия. Время пребывания реагирующих компонентов в первой ступени реактора 30 с. Скорость рабочей поверхности лопатки ротора равна !

2 м/с. Температура реакционной массы поддерживается в пределах 35о

40 С за счет циркуляции теплоносите-. ля в рубашке аппарата. Затем реакционная масса поступает в реактор вытеснения 4, снабженный быстроходной мешалкой. Время пребывания реакционной массы в реакторе вытеснения !

5 мин, Из реактора вытеснения реакционная масса по сливному патрубку передается в накопитель 5, а далее на сушку. Температура реакционной массы поддерживается в а пределах 35-40 С с помощью водяной бани. После концентрирования и сушки реакционной массы получают H --бутиловый ксантогенат калия с содержанием основного вещества 98,4%, воды и летучих l,3%, примесей"0,3%. Выход целевого продукта 97,8%.

П р и и е р 2. Получение этилового ксантогената калия.

Аналогично примеру осуществляют получение этипового ксан1214662

55 тогената калия при дозировании в роторно-пленочный аппарат этилового спирта в количестве 8,74 мл/мин (0,15 моль/мин), гидрата окиси калия в виде 50Х-ного водного раствора в количестве 3,64 мл/мин (0,05 моль/мин) и сероуглерода в количестве 3,00 мл/мин (0,05 моль/мин). Получают этилксантогенат калия с содержанием основного вещества 99,5Х, летучих

0,4 и примесей 0,1. Выход целевого продукта 99Х.

Пример 3. Получение амилового ксантогената калия.

Аналогично примеру 1 осуществляют получение амилового ксантогената калия при дозировании в аппарат спирта амилового в количестве

10,82 мп/мин (0,1 моль/мин), гидрата окиси калия в виде 50Х-ного водного раствора в количестве

3,64 мл/мин (0,05 моль/мин) и сероуглерода в количестве 3,00 мл/мин (0,05 моль/мин). Получают амиловый ксантогенат калия с содержанием основного вещества 98,8, воды и летучих l,lX, примесей О,l ., Выход ксантогената 98,5Х.

Пример 4. Получение гексилового ксантогената калия.

Аналогично примеру 1 осуществляют получение гексилового ксантогената калия при дозировании спирта гексилового в количестве 12,47мл/мин (0,1 моль/мин), гидрата окиси калия в виде 50Х-,íîãî водного раствора в количестве 3,64 мл/мин (0,05 моль/мин) и сероуглерода в количестве 3600 мл/мин(0,05моль/мин).

Получают гексиловый ксантогенат калия с содержанием основного вещества 98,0Х, воды и летучих 1,8Х примесей 0,2Х. Выход ксантогената 98,2Х.

Пример 5. Получение н -бутилового ксантогената калия.

В первую ступень роторного пленочного аппарата с поверхностью теплообмена 0,85 м с помощью дозаторов непрерывно подают Н -бутиловый спирт в количестве 44,4 л/ч (0,485 кг.моль/ч), 7,2 л/ч (0,119 кг.моль/ч) сероуглерода и

8,7 л/ч (0,119 кг.моль/ч) водного раствора гидрата окиси калия. Дозируемые компоненты с помощью вращающегося ротора тщательно перемешиваются и взаимодействуют с образова нием H -бутилового ксантогената калия. Время пребывания реагирующих компонентов в первой ступени аппарата составляет 60 с.

Затем реакционная масса поступает во вторую ступень — в горизонтальный роторный пленочный аппарат, в котором она в условиях пленочного течения перемешивается и транспортируется к выгрузочному патрубку, через который поступает в сборник и далее на сушку. Время пребывания реакционной массы во второй ступени аппарата составляет 14 мин, линейная скорость лопаток ротора

j и П ступени равна 20 м/с. Температура реакционной массы в аппарате о поддерживается в пределах 30-40 С при помощи хладагента, проходящего через теплообменную рубашку аппарата. Готовый н -бутиловый ксантогенат калия содержит 98,8 основного вещества, 1,1Х воды и летучих, 0,2 примесей. Выход целевого продукта 98,5 . Время пребывания и линейная скорость для конкретных примеров и типоразмеров аппаратов подбирались изменением числа оборотов ротора.

В условиях, аналогичных примерам 1-5, синтезированы различные образцы АЩМ с введением компонентов в синтез в известных оптимальных соотношениях.

Режим синтеза и основные свойства полувоенных образцов приведены в табл. 1.

В табл. 2 приведены основные технико-экономические показатели предлагаемого способа получения

АЩМ в сравнении с базовым объек-. том и прототипом.

Как следует из табл. 2, предлагаемый способ обладает существенньвки технико-экономическими преимуществами по сравнению с прототипом и базовым объектом и позволяет за счет интенсификации условий тепло- и массообмена повысить производительность процесса, а за счет исключения локальных перегревов реакционной массы и пересыщений ее тем или иным компонентом резко снизить содержание примесей (0,7Х против 5,5-10,5X) повысить содержание основного вещества (97,799,5 против 86,0-94X), увеличить выход целевого продукта (97,8-99,0Х против 82-95X) что приводит к зна14662 б

15 чительному повышению качества АЩМ и снижению расхода сырья.

Пример 6. Переработка реакционной массы ксантогената. Реакционную массу изобутилового ксантогената калия, полученную промышленным способом при мольной загрузке спирта, щелочи и сероуглерода по аналогии с примером 5, подавали с помощью винтового дозатора в количество 600 л/ч в вертикальный роторный пленочный аппарат с поверхностью теплообмена 8 м, частотой вращения ротора 60 об/мин, линейной скоростью шарнирных лопастей

2,4 м/с. За процессом течения реакционной массы наблюдали через смотровой люк выгрузочного штуцера.

При частоте вращения ротора

60 об/мин. Сплошное пленочное течение реакционной массы не формиро— валось, часть реакционной массы не захватывалась лопастями, что приводило к проскоку значительной части перерабатываемого продукта, время пребывания которой в зоне перемешивания составляло несколько секунд.

При ступенчатом увеличении частоты вращения до 120-150 об/мин и

200 об/мин (линейная скорость элементов ротора при этом изменилась в пределах 4,8-8,0 м/с) проскок реакционной массы прекратился, что свидетельствовало о формировании устойчивого течения по поверхности теплообмена аппарата. Время пребывания реакционной массы с момента подачи ее в аппарат до появления потока в зоне выгрузочного штуцера составляло 3,0 мин. Таким образом, для формирования устойчивого пленочного течения реакционной массы ксантогенатов и обеспечения интенсивного перемешивания в промьпвпенном аппарате линейная скорость рабочих элементов ротора должна быть не менее 8 м/с, Пример 7, В первую ступень опытного аппарата с поверхностью теплообмена 0,85 м дозируют H -бух тиловый спирт в количестве 44,4 л/ч, 7,2 л/ч сероуглерода и 8,7 л/ч водного раствора гидрата окиси калия при линейной скорости лопастей ротора 8 м/с (частота вращения ро„тора 1000 об/мин), осуществляется интенсивное перемешивание и отвод выделяющегося в результате реакции 20

Щ

55 тепла. Время пребывания реагирующих компонентов в первой ступени аппарата 4,0 мин. Степень завершения реакции образования ксантогената по анализу пробы, отобранной после первой ступени, достигла 90%. Во второй ступени аппарата при той же скорости рабочих элементов ротора и времени пребывания реакционной массы в зоне перемешивания и теплообмена, равному 16 мин, получают ксантогенат с содержанием основного вещества 97,7%, воды и летучих 1,6%, примесей 0,7%.

Пример 8. В аналогичных примеру 2 условиях, но при линейной скорости лопастей 6,4 м/с (частота вращения ротора 800 об/мин) и времени пребывания реагирующих компонентов в первой ступени 2,0 мин степень завершения реакции достигает

88,0%. Во второй ступени аппарата с временем пребывания реакционной массы 17,0 мин получают Н -бутиловый ксантогенат калия с содержанием

97,6%, воды и летучих 1,7%, примесей 0,7%. В данном случае линейная скорость элементов ротора несколько ниже, чем в примере 2, однако степень превращения реагирующих компонентов после первой ступени достигает 88%.. В указанных условиях (в аппарате диаметром 160мм, частота вращения ротора 800 об/мин) в обеспечении эффективности перемешивания важное .значение приобретает время пребывания реакционной массы в аппарате. Расчеты и экспериментальные результаты показывают, что в промышленном аппарате сдиаметром 800 мм, аналогичной конструкцией лопастей, в вертикальной ступени время пребывания в пределах

3-4 мин может быть достигнуто при линейной скорости элементов ротора

8 м/с (частота вращения ротора

200 об/мин), Значение времени пребывания реагирующих компонентов в зоне перемешивания и теплообмена в обеспечении эффективности предлагаемого способа получения АЩМ подтверждает следующий пример.

Пример 9. В аналогичных примеру 2 условиях при последовательном и непрерывном процессе переработки компонентов в первой и второй ступенях аппарата с временем пребы7 12 вания реакционной массы 3,5 и

6 5 мин соответственно, линейной скорости лопастей 3,2 м/с (частота вращения ротора 400 об/мин) степень превращения реагирующих компонентов достигает 89Х.. Затем полученную реакционную массу пропускают через реактор вытеснения с временем пребывания 15 мин, линейной скоростью перемешивающего устройства

8 м/с. Получают H -бутиловый ксантогенат калия с содержанием основного вещества 97,8Х, примесей

0,6Х, воды и летучих 1,6%.

Пример 10. На лабораторной установке, состоящей из вертикального роторного пленочного аппарата с диаметром корпуса 50 мм и последовательно соединенного . с ним реактора вытеснения емкостью 500 мл, получают ксантогенат при непрерывной подаче с помощью шприцевых микродозаторов 8,7 мл/мин этилового спирта, 3,6 мл/мин водного раствора гидрата окиси калия и.3,0мл/мин сероуглерода. В процессе пленочного течения при одновременном перемешивании компонентов и отводе выде14662 ляющегося тепла в первой ступени аппарата в течение 1,0 мин и в реакторе вытеснения с временем пребывания реакционной массы 19,0 мин получают этиловый ксантогенат калия с содержанием основного вещества 98,0Х, примесей 0,4Х воды и летучих 1,6Х ° Линейная скорость лопастей ротора первой ступени аппа10 рата при частоте вращения 1000об/мин

2,5 м/с, лопастей мешалки реактора вытеснения 3 м/с.

Пример 11. В условиях, аналогичных примеру 10, при времени

l5 пребывания реакционной массы в роторном пленочном аппарате 0,5мин, частоте вращения ротора 600 об/мин степень превращения дозируемых в ре. акцию компонентов составляла 72 .

20 С уменьшением частоты вращения ротора до 300-400 об/мин время пребывания реакционной массы в аппарате сокращается до 20-25 с. В этих условиях наблюдается проскок реакционной массы, сплошное пленочное течение не формируется. Степень превращения реагирующих компонентов

45-60Х.

1214662 О л

О) C»I

»»

C)) СО

»» л

0) О) ° » л

Ch а

Ю О О л л л

Ю o o

Г

° » л л о о

00 ь

С0 л о ц ) л о е ф Ц о э х Ef ф Ф офф ь л

О) о л

СО

О1

СО л

О) 01 л л

4)1

О0

Ф л

<:71

00 л л

Ch о

»;»

UO1.

О !» U

1 о и

Р, ( а C) I о

Х l х о а ж ф х о

E x

U Ф о w а о

О )О

}4 d) ж ф х

)х

Э х

g U ж о ж х

1 н н ь а ° »

1 С) ь

° I о л ь л! н

1 !

С) l

)l о

Ф

С)

С") ь б

I (1 о

I ь

С)

1 о м

С)

I о

Ю

1 м о

Ю м l

С) ! ь м

Ю .а

)) м ь б ! ь

С)

I и ь ь ь

I I ю ь о

С) ! о ж

qj

U ж

Х х х ф

И

))

Р»

И.

-!

>х ф о х х л о о ха

1

1 н

1

1- — — .»

I

1

I н

СЧ лл л

Ю Ю

U Х

О 140 4

1 о о

Р» и х

0) U

Ж, 4 1

Я о а а х

Э о о

Р» и х офж

U Х

Ж )4 О, 1 х

Я » ф х о е

> х

Kl (б В х, 4 Р а0 Ь л Ю л со

С)) О) Ю л »»

С) I I о о и х и

)4 !

4 М

О1- О ф i х о с C)

)4 Х ио

1- U

a!

Х4)О

E U Х

XOI4 l

<6 ctl

U dI Р» ихв !

1214662

12 Таблица 2

Способ

Базовый

Предлагаемый Прототип способ

Содержание основного в-ва, мас,7 97,8-99,5

86-93

86-93

3,0-1,5

10,5-5,5

82-90

80

500-600

Данных нет

463

443

Данных нет

Р-дweruvu CNu arrped

Характеристика объекта

Содержание влаги и летучих, мас.7

Содержание примесей, мас.X

ВыхОду мас ° 7о

Производительность единипы оборудования, кг/ч

Себестоимость готового продукта, руб/т

ВНИИПИ Заказ 852/34

Тираж 379 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

1,5-0,4

0,7-0, 1

97,8-99,0

3,0-1,5

10,5-5,5