Способ получения пентаэритрита

 

Использование: в органической химии, при получении многоатомных спиртов, в частности пентаэритрита, используемого при производстве лаков. Сущность изобретения: продукт-пентаэритрит, мас. доля влаги и летучих 0,07 - 0,08. Пентаэритрит сушат при 45 - 55^oС до содержания влаги и летучих продуктов 1,0 - 1,5%, измельчают комки до крупности частиц 1 - 2 мм и термически обрабатывают в течение 3 - 5 с теплоносителем, нагретым до 160 - 180^oС и движущимся со скоростью 20 - 30 м/с. 1 табл.

Изобретение относится к технологии многоатомных спиртов, в частности пентаэритрита, используемого в лакокрасочной и других отраслях промышленности.

Известен способ получения пентаэритрита путем взаимодействия формальдегида с ацетальдегидом в присутствии гидроксида кальция. Полученную реакционную массу, которая содержит в своем составе растворенные пентаэритрит и формиат кальция, обрабатывают кальцинированной содой с осаждением осадка карбоната кальция. Жидкую фазу фильтруют, выпаривают и пентаэритрит кристаллизуют путем охлаждения раствора. Осадок пентаэритрита фильтруют, промывают от примесей формиата натрия, дополнительно перекристаллизовывают в горячей воде и высушивают [1] Получаемый таким способом пентаэритрит имеет крупные кристаллы, что облегчает процессы фильтрования, промывки и сушки.

Недостатком способа является его многостадийность и сложность, связанная с необходимостью использования в процессе гидроксида кальция в виде известкового молока, а также образование малоиспользуемого побочного продукта карбоната кальция.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения пентаэритрита, основанный на взаимодействии ацетальдегида с формальдегидом, взятым в избыточном количестве, в присутствии гидроксида натрия. Полученную при этом реакционную массу, которая содержит в своем составе растворенные пентаэритрит, формиат натрия, непрореагировавший остаток формальдегида, а также некоторое количество побочных продуктов, подвергают сначала ректификации с целью извлечения непрореагировавшего остатка формальдегида, а затем выпаривают. Из выпаренного раствора путем охлаждения кристаллизуют пентаэритрит, который фильтруют, промывают от технологических примесей, перекристаллизовывают в горячей воде и влажный продукт высушивают. Сушку осуществляют в одну стадию при помощи воздуха, нагретого до 140^оС. В процессе сушки из материала одновременно удаляется также небольшая часть летучих примесей [2] Данный способ достаточно прост и не связан с образованием малоиспользуемого карбоната кальция.

Недостатком способа является низкая эффективность процессов сушки и удаления летучих примесей. Это вызвано тем, что в процессе синтеза пентаэритрита в присутствии гидроксида натрия наряду с основным продуктом образуются также различные летучие и нелетучие примеси. Эти примеси частично переходят в состав готового продукта, что вызывает сильное комкование и снижение эффективности процессов сушки и удаления летучих примесей. Увеличение степени высушивания и удаления летучих примесей может быть достигнуто путем увеличения длительности процесса, однако это приводит к ухудшению качества продукта по показателю цветность.

Предлагаемый способ получения пентаэритрита, включающий взаимодействие ацетальдегида с формальдегидом в присутствии гидроксида натрия, ректификацию и выпаривание реакционной массы, кристаллизацию, фильтрование, промывку и сушку пентаэритрита, отличается тем, что процесс сушки ведут при 45-55^оС до содержания влаги и летучих примесей 1,5-1,5% из подсушенного продукта выделяют комки и после их измельчения до крупности частиц 1-2 мм проводят дополнительную термическую обработку в течение 3-5 с теплоносителем, нагретым до 160-180^оС и движущимся со скоростью 20-30 м/с.

Предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процессы сушки и удаления летучих примесей за счет уменьшения комкуемости пентаэритрита при сушке и создания оптимальных условий для удаления летучих примесей. Это достигается тем, что процессы сушки пентаэритрита и удаления летучих примесей проводят раздельно в две стадии.

На первой стадии пентаэритрит высушивают при нагревании материала до 45-55^оС до остаточного содержания влаги и летучих продуктов 1,0-1,5% На второй стадии из частично подсушенного пентаэритрита выделяют комки и после их измельчения до крупности частиц 1-2 мм проводят дополнительную кратковременную в течение 3-5 с термическую обработку газообразным теплоносителем, нагретым до 160-180^оС и движущимся со скоростью 20-30 м/с.

Заявляемый технологический режим первой стадии процесса обеспечивает удаление основного количества влаги при минимальном комковании материала благодаря незначительному нагреванию материала.

Снижение температуры на первой стадии менее 45^оС не обеспечивает дополнительного снижения комкования, к тому же значительно затягивает длительность сушки. Увеличение температуры свыше 55^оС приводит к интенсивному комкованию пентаэритрита. Это объясняется возрастанием количества и прочности фазовых контактов, образующихся между отдельными частицами при чрезмерно интенсивном испарении влаги.

При увеличении степени высушивания с соответствующим снижением остаточной влажности менее 1,0% затягивается длительность процесса и возрастает прочность комков. Увеличение остаточной влажности материала более 1,5% также недопустимо, так как приводит к забивке классифицирующего и измельчающего оборудования.

Заявляемый технологический режим на второй стадии обеспечивает достижение максимальной степени удаления летучих примесей без ухудшения других показателей качества продукции.

Измельчение частиц до крупности более 2 мм резко снижает эффективность процесса удаления летучих примесей. Переизмельчение с уменьшением размеров частиц менее 1 мм также нецелесообразно, так как не обеспечивая дополнительного увеличения эффективности удаления примесей, способствует сильному пылеобразованию и связано с неоправданными энергозатратами на работу измельчителя.

Уменьшение температуры теплоносителя ниже 160^оС не обеспечивает высокой степени удаления летучих примесей даже при возрастании длительности процесса. Увеличение температуры свыше 180^оС не дает дополнительного повышения эффективности процесса, но ухудшает качество готового продукта по показателю цветность.

При уменьшении скорости движения газового теплоносителя относительно поверхности частиц материала менее 20 м/с затягивается длительность процесса прогрева частиц и ухудшается качество готового продукта по показателю цветность. Увеличение скорости свыше 30 м/с также нежелательно, так как не обеспечивает дополнительного сокращения длительности термической обработки, вызывает повышенную запыленность отработанного теплоносителя и удорожает процесс.

Сокращение длительности термической обработки менее 3 с снижает полноту десорбции летучих примесей, а затягивание процесса более 5 с не дает дополнительного эффекта, но приводит к ухудшению цветности готового продукта.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Расчетное количество формальдегида, воды и гидроксида натрия загружают в реактор с охлаждающей рубашкой и мешалкой. Смесь охлаждают до 12-17^оС и постепенно дозируют в нее расчетное количество ацетальдегида. За счет теплового эффекта реакции температура реакционной смеси повышается до 40-45^оС. Далее реакционную смесь нейтрализуют муравьиной кислотой до рН 5,5-6,5 и подвергают ректификации, например, в колпачковой колонне под избыточным давлением 2-2,5 кгс/см² и температуре 125-130^оС с целью удаления избыточного количества формальдегида, после чего выпаривают под вакуумом до достижения плотности 1270-1300 кг/м³. Выпаренный раствор, который содержит в своем составе растворенные пентаэритрит, формиат натрия, а также технологические примеси (дипентаэритрит, линейные и циклические формали и др.), охлаждают в кристаллизаторах, представляющих собой вертикальные аппараты, снабженные рамными мешалками и охлаждающими рубашками. Полученную суспензию фильтруют, промывают водой от примесей формиата натрия и перекристаллизовывают в горячей воде. Перекристаллизованный осадок предварительно подсушивают, например, в сушильном барабане подогретым воздухом при 45-55^оС до остаточного содержания влаги и летучих примесей 1,0-1,5% Далее образовавшиеся при подсушке комки пентаэритрита отделяют на барабанном грохоте и измельчают в роторном измельчителе до размеров частиц 1-2 мм. Измельченный материал совместно с мелкокристаллическим пентаэритритом подвергают дополнительной кратковременной термической обработке в течение 3-5 с, например, в аппарате с взвешенно-транспортируемым слоем материала в потоке горячего воздуха, нагретого до 160-180^оС и движущегося со скоростью 20-30 м/с. Готовый продукт после термической обработки, содержащий не более 0,07-0,08% влаги и летучих примесей, подают в бункер готовой продукции и далее упаковывают в мешки или в контейнеры.

П р и м е р 1. В реактор загружают 5915,7 кг технического раствора формалина, содержащего 37% формальдегида, 2700 кг водного раствора гидроксида натрия, содержащего 20% NaOH и 9914 кг деминерализованной воды. Полученную смесь интенсивно перемешивают и охлаждают до 15^оС, затем в реактор в течение 60 мин постепенно дозируют технический ацетальдегид в количестве 540,4 кг. После завершения реакции смесь (19070,1 кг) подкисляют до значения рН, равного 6, при помощи муравьиной кислоты (75,8 кг) и подвергают ректификации под избыточным давлением, равным 0,25 МПа, и температуре в верхней части колонны 130^оС с целью удаления непрореагировавшей части формальдегида.

Раствор, выходящий из нижней части колонны в количестве 12152,4 кг и содержащий 1322,9 кг пентаэритрита, смешивают с технологическими растворами, содержащими пентаэритрит, и выпаривают до плотности, равной 1280 кг/м³. Выпаренный раствор в количестве 4864,3 кг и содержащий 1655,9 кг растворенного пентаэритрита, направляют на кристаллизацию пентаэритрита в кристаллизаторы с мешалками и охлаждающими рубашками. Полученную суспензию (4864,3 кг), содержащую 1317,9 кг кристаллов пентаэритрита, фильтруют, осадок (1635 кг) промывают холодной водой, взятой в количестве 500 кг, и подвергают перекристаллизации в горячей воде (1635 кг), фильтруют и дополнительно промывают холодной водой (673,5 кг).

Промытый осадок (1132,9 кг), имеющий влажность 12% сушат в сушильном барабане горячим воздухом, нагретым до 140^оС. Высушенный продукт (1000 кг), имеющий температуру 65^оС, отделяют от образовавшихся комков (200 кг) и упаковывают в мешки или контейнеры. Комки пентаэритрита, которые характеризуются повышенным содержанием влаги и летучих примесей, возвращают на повторную переработку путем растворения и кристаллизации.

П р и м е р 2. Условия аналогичны примеру 1. Отличия состоят в том, что промытый осадок пентаэритрита (1132,9 кг), имеющий влажность 12% подсушивают в сушильном барабане подогретым воздухом при температуре материала 45^оС до остаточного содержания влаги и летучих примесей 1,5% Далее из подсушенного материала отделяют комки (60 кг), которые измельчают до размеров 2 мм, и весь материал (1000 кг) подвергают дополнительной термической обработке в течение 3 с потоком горячего газового теплоносителя с температурой 180^оС и движущегося со скоростью 20 м/c. Готовый продукт направляют в бункер готового продукта, а оттуда упаковывают в мешки или контейнеры.

Условия и результаты осуществления способа при других заявляемых параметрах представлены в таблице.

Из анализа экспериментальных данных следует, что предлагаемый способ позволяет сократить длительность процессов сушки и удаления летучих примесей в 1,7-1,9 раза при одновременном сокращении массовой доли влаги и летучих примесей в готовом продукте от 0,3 до 0,07-0,08% Указанные преимущества позволяют повысить производительность основного технологического оборудования, увеличить выпуск и улучшить качество получаемого готового продукта.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАЭРИТРИТА, включающий взаимодействие ацетальдегида с формальдегидом в присутствии гидроксида натрия, ректификацию и выпаривание реакционной массы, кристаллизацию, фильтрование, промывку и сушку пентаэритрита, отличающийся тем, что процесс сушки ведут при 45 - 55^oС до содержания влаги и летучих продуктов 1,0 - 1,5%, из подсушенного продукта выделяют комки и после их измельчения до крупности частиц 1 - 2 мм проводят дополнительную термическую обработку в течение 3 - 5 с теплоносителем, нагретым до 160 - 180^oС и движущимся со скоростью 20 - 30 м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1