Способ получения ацетата железа (ii)

Изобретение относится к получению солей уксусной кислоты, в частности к получению ацетата двухвалентного железа. При осуществлении способа сначала ведут окисление порошка железа кислородом воздуха в режиме барботажа в среде уксусной кислоты, взятой в мольном соотношении железо:уксусная кислота 5:1, с добавкой 4% от массы кислоты уксусного ангидрида при температуре 17-25°С. При этом смесь интенсивно перемешивают со скоростью 720-1440 об/мин мешалкой лопастного типа до накопления в реакционной смеси соли железа (III) в количестве 0,75-0,96 моль/кг. Затем воздух заменяют на азот и добавляют 4% мас. уксусного ангидрида от первоначальной загрузки уксусной кислоты. Повышают температуру до 35-40°С и ведут окисление железа солью железа (III) до полного расходования последней. Образующуюся белоснежную суспензию ацетата железа (II) отделяют от непрореагировавшего железа, фильтруют и сушат. При этом все эти операции проводят в среде азота. Фильтрат, представляющий собой насыщенный раствор ацетата железа (II) в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида, возвращают в реактор на повторный процесс или используют по иному целевому назначению. Технический результат - упрощение технологии, улучшение экономических показателей процесса за счет использования дешевого окислителя.

 

Изобретение относится к технологии получения ацетата железа (II) и может быть использовано в различных областях промышленной и лабораторной химии, а также в аналитическом контроле.

Известен способ получения ацетата ртути взаимодействием металлической ртути с надуксусной кислотой, образующейся из уксусной кислоты и пероксида водорода непосредственно в реакционной смеси в присутствии катализатора (пат. США №2873289, кл. 556-131, опубл. 1960).

Недостатком его является то, что надуксусная кислота и пероксид водорода слишком сильные окислители, чтобы в их присутствии ацетат железа (II) остался в качестве целевого продукта и не превратился бы в более стойкую соль железа (III). К тому же предлагаемая в патенте технология довольно сложна и базируется на каталитическом процессе, который всегда предъявляет повышенные требования к минимизации содержания примесей в системе.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения ацетатов двухвалентных меди, никеля или кобальта взаимодействием соответствующего металла с уксусной кислотой в мольном соотношении 1:5,2-5,3 в присутствии кислорода при температуре 100-120°С и давлении кислорода 0,4-0,6 МПа (а.с. СССР №1097604).

Недостатками указанного способа являются:

1. Довольно высокая температура процесса, при которой растворимость кислорода будет мала даже при используемом повышенном давлении.

2. Использование вместо воздуха кислорода предполагает определенные условия безопасного проведения окислительно-восстановительного процесса.

3. Для перечисленных в авторском свидетельстве металлов двухвалентное состояние металла в солях является наиболее стабильным и распространенным, чего нельзя сказать о солях двухвалентного железа. Уже по этой причине можно ожидать, что аналогичный по режиму процесс для железа вряд ли возможен.

Задача настоящего решения - получить ацетат железа (II) в условиях, где в качестве исходных реагентов будут железо, уксусная кислота и кислород воздуха, при этом при более низких температурах и без использования избыточного давления.

Поставленная задача достигается тем, что процесс ведут в два следующих один за другим этапа без смены реакционного аппарата, перерыва во времени и дозагрузок реагентов, причем на первом этапе в качестве окислителя используют воздух в режиме барботажа, а сам этот этап ведут при интенсивном механическом перемешивании высокоскоростной мешалкой порошка железа и уксусной кислоты при мольном соотношении 5:1 с добавкой уксусного ангидрида в количестве 4% от массы загруженной кислоты при температуре 17-25°С до накопления в системе соли железа (III) в количестве 0,75-0,96 моль/кг, после чего подачу воздуха заменяют на подачу азота, добавляют 4% от массы начальной загрузки уксусной кислоты уксусного ангидрида, повышают температуру до 35-40°С и ведут второй этап процесса до полного расходования всей накопившейся в первом этапе соли железа (III) на образование соли железа (II), которую в виде белоснежной суспензии в оставшейся жидкой фазе отделяют от тяжелых частичек непрореагировавшего железа, фильтруют и сушат в атмосфере азота, а образующийся при фильтровании фильтрат возвращают в реактор на загрузку для повторного процесса или используют по иному назначению.

Характеристика используемого сырья

Железо восстановленное по ТУ 6-09-2227-81

Уксусная кислота по ГОСТ 61-75

Уксусный ангидрид по ГОСТ 5815-77

Воздух атмосферный без какой-либо дополнительной очистки

Проведение процесса заявляемым способом следующее. В реактор, снабженный высокоскоростной мешалкой лопастного типа, обратным холодильником-конденсатором, барботером и пробоотборником, загружают расчетные количества уксусной кислоты, уксусного ангидрида и порошкообразного железа. Включают механическое перемешивание, подают на барботаж воздух и проводят процесс при температуре окружающей среды до накопления в реакционной смеси определенного количества соли железа (III). Далее воздух заменяют на азот, несколько повышают температуру и продолжают перемешивание до момента, когда вся накопившееся в первом этапе соль железа (III) не превратиться в соль железа (II). В этот момент перемешивание прекращают, дают возможность тяжелым частицам непрореагировавшего железа осесть на дно, после чего белоснежную суспензию ацетата железа (II) отделяют от непрореагировавшего железа и направляют на фильтрование. Осадок подсушивают, а затем и высушивают до постоянной массы. При этом все это делается в среде азота. Образующийся при отделении твердой соли ацетата железа (II) фильтрат направляют в реактор на загрузку для повторного процесса либо используют по иному назначению.

Пример №1.

В реактор объемом 483 мл, снабженный тефлоновой мешалкой лопастного типа (720 об/мин), обратным холодильником-конденсатором, обеспечивающим свободный выход газового пространства реактора в атмосферу, барботером и пробоотборником, позволяющим проводить отбор проб без прекращения перемешивания, загружают 205,9 г ледяной уксусной кислоты, 8,2 г уксусного ангидрида и 38,44 г порошка восстановленного железа с максимальным линейным размером частиц не более 0,6 мм. Мольное отношение кислоты и восстановителя в исходной загрузке 5:1. Исходная температура 17°С. Включают механическое перемешивание и барботаж воздуха с расходом 0,23 л/мин. В таком режиме ведут процесс до накопления в реакционной смеси соли железа (III) в количестве 0,96 моль/кг. Это произошло через 139 мин.

Не прекращая перемешивания, заменяют воздух на азот, повышают температуру реакционной смеси до 35°С, добавляют 8,2 г уксусного ангидрида и периодически контролируют содержание соли железа (II) и железа (III) в реакционной смеси. Через 87 мин протекания второго этапа анализ показал практически полное отсутствие соли железа (III) в реакционной смеси.

Перемешивание прекращают, дают 5 мин для отстаивания и локализации в районе сферического дна реактора частиц непрореагировавшего железа, перекрывают выход в атмосферу из обратного холодильника-конденсатора и через находящийся в районе дна реактора боковой патрубок белоснежную суспензию ацетата железа (II) направляют в узел фильтрования. Автоматически в этот узел направляется и поток азота, который обеспечивает и некоторое подсушивание осадка на фильтре. В дальнейшем этот осадок досушивают в сушильном шкафу в атмосфере азота. А фильтрат, представляющий собой насыщенный раствор ацетата железа (II) в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида, направляют в реактор на загрузку для повторного процесса или на использование по иному целевому назначению.

Масса сухого ацетата железа (II) 56,1 г, содержание ацетата железа (II) в фильтрате и в реакторе 1,2 г. Таким образом, выход продукта 99,3%.

Пример №2.

Реактор и его оснащение аналогичны описанным в примере 1. Объем 519 мл, скорость вращения мешалки 1440 об/мин. Мешалка выполнена из нержавеющей стали.

Исходная загрузка уксусной кислоты 231,81 г, уксусного ангидрида 9,27 г, восстановленного железа 43,26 г. Исходная температура 25°С. Расход воздуха 0,27 л/мин. Через 103 мин ведения процесса при перемешивании в указанных условиях содержание соли железа в реакционной смеси оказалось 0,75 моль/кг.

Без прекращения перемешивания заменяют воздух на азот, добавляют 9,27 г уксусного ангидрида, повышают температуру реакционной смеси до 40°С и через 79 мин проведения второго этапа в реакционной смеси присутствовала только соль железа (II).

Выделение продукта аналогично описанному в примере 1. Масса сухого ацетата железа (II) составила 45,6 г и ˜2 г осталось в реакторе и возвращено с фильтратом, т.е. выход 99,4%.

Положительный эффект предлагаемого решения состоит в следующем.

1. Условия проведения процесса очень мягкие, аппаратурное оформление простое и не требует каких-либо специальных решений.

2. Используется доступный природный окислитель.

3. В загрузке нет посторонних загрязняющих веществ. Поэтому чистота получаемого продукта будет полностью определяться чистотой используемого железа.

4. Выделение продукта происходит простым фильтрованием суспензии.

Способ получения ацетата железа (II) взаимодействием металла с уксусной кислотой в присутствии окислителя, отличающийся тем, что процесс ведут в два следующих один за другим этапа без смены реакционного аппарата, перерыва во времени и дозагрузок реагентов, причем на первом этапе в качестве окислителя используют воздух в режиме барботажа, а сам этот этап ведут при интенсивном механическом перемешивании высокоскоростной мешалкой порошка железа и уксусной кислоты при мольном соотношении 5:1 с добавкой уксусного ангидрида в количестве 4% от массы загруженной кислоты при температуре 17-25°С до накопления в системе соли железа (III) в количестве 0,75-0,96 моль/кг, после чего подачу воздуха заменяют на подачу азота, добавляют 4% от массы начальной загрузки уксусной кислоты уксусного ангидрида, повышают температуру до 35-40°С и ведут второй этап до полного расходования всей накопившейся в первом этапе соли железа (III) на образование соли железа (II), которую в виде белоснежной суспензии в оставшейся жидкой фазе отделяют от тяжелых частичек непрореагировавшего железа, фильтруют и сушат в атмосфере азота, а образующийся при фильтровании фильтрат возвращают в реактор на загрузку для повторного процесса или используют по иному назначению.