Способ получения лаурилсульфата натрия
Изобретение относится к химии поверхностно-активных веществ, в частности, к способу получения высокочистого лаурилсульфата натрия, пригодного для использования в медицине, фармацевтической, косметической и сталелитейной промышленности, для научных исследований. Описывается способ получения лаурилсульфата натрия.
Способ включает сульфатирование лаурилового спирта хлорсульфоновой кислотой, десорбцию хлороводорода путем вакуумирования при температуре 35-40°С и постепенном снижении давления до 30-35 мм рт.ст. в течение 15 минут, нейтрализацию до рН=8,5 отвакуумированной сульфомассы водно-ацетоновым раствором едкого натра с содержанием воды 18-24% при температуре 55-57°С, отфильтровывание горячего водно-ацетонового раствора при температуре не ниже 45-50°С, кристаллизацию лаурилсульфата натрия в три этапа при постепенном снижении температуры и постоянном перемешивании, промывку кристаллов лаурилсульфата натрия ацетоном при температуре 30-35°С. Предложенный способ позволяет получить высокочистый целевой продукт с выходом 76% от стехиометрии по упрощенной технологии. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к химии поверхностно-активных веществ (ПАВ) и может быть использовано в лабораторных и промышленных условиях для получения высокочистого лаурилсульфата натрия, пригодного для использования в медицине, фармацевтической, косметической и сталелитейной промышленности, для научных исследований.
В последние годы лаурилсульфат (или додецилсульфат) натрия начал применяться не только в качестве моющего и очищающего средства в рецептурах шампуней, зубных паст, кремов и т.п. (1, 2), но и в качестве диагностического препарата при медико-биологических исследованиях (3, 4, 5). А также в качестве ПАВ, повышающего прочность гальванопокрытий, например, на аппаратуре непрерывной разливки стали, где требуется не просто высокая жаро- и механическая прочность, но и устойчивость к резким перепадам температур. При использовании по новым направлениям к лаурилсульфату натрия предъявляются очень высокие требования по химической чистоте.
Известен способ получения додецилсульфата натрия по ГОСТ ТУ 6-09-07-1563-86, который включает: сульфатирование додецилового спирта хлорсульфоновой кислотой (в среде уксусной кислоты), обработку сульфомассы амиловым спиртом, нейтрализацию, фильтрацию, сушку, перекристаллизацию конечного продукта из этанола.
Способ сложный, связан с применением неприятно пахнущего и токсичного амилового спирта и большим расходом этанола (примерно 115 кг на 1 кг кондиционного конечного продукта). Поэтому получение додецил(лаурил)-сульфата натрия для промышленных целей, как дешевого и доступного реагента по данному способу весьма проблематично.
Известен способ по SU 682512 А1, который предусматривает способ получения алкилсульфатов, например, лаурилсульфата натрия, включающий сульфатирование лаурилового спирта хлорсульфоновой кислотой в среде растворителя - сульфомассы процесса сульфатирования (или в среде такого растворителя, как серный эфир, хлороформ, тетрахлорэтилен) при температуре не выше 35°С с последующим удалением хлористого водорода, нейтрализацией 10% раствором щелочи до рН 8,0, фильтрацией и сушкой.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение арсенала способов для промышленного получения высокочистого лаурил(додецил)сульфата натрия, причем предлагаемый способ отличается большей экономичностью и простотой осуществления.
Поставленная задача решается в заявленном способе, который, в отличие от известного способа, кроме сульфатирования лаурилового спирта хлорсульфоновой кислотой, нейтрализации и сушки, включает также:
- десорбцию хлороводорода, которую проводят после сульфатирования путем вакуумирования при температуре 35-40°С и постепенном снижении давления до 30-35 мм рт.ст. в течение 15 минут;
- нейтрализацию отвакуумированной сульфомассы до рН=8,5 осуществляют водно-ацетоновым раствором едкого натра с содержанием 18-24% воды при температуре 55-57°С;
- отфильтровывание горячего водно-ацетонового нейтрализата от выпавших в осадок сульфата и хлорида натрия на вакуумном нуту-фильтре при температуре не ниже 45-50°С;
- кристаллизацию лаурилсульфата натрия в кристаллизаторе в три этапа при постепенном снижении температуры и постоянном перемешивании: на первом этапе - охлаждение со скоростью 2-3 градуса в минуту до температуры 20-25°С, на втором этапе - введение при перемешивании для затравки кристаллизации кристаллического лаурилсульфата натрия в количестве 0,15-0,20% от отфильтрованного водно-ацетонового нейтрализата и снижение скорости охлаждения до 0,5-0,7 градуса в минуту. На третьем этапе - после достижения минус 4-7°С проводят 2-х - 3-х - часовую выдержку. При таких условиях происходит кристаллизация только лаурилсульфата натрия, а все несульфированные вещества остаются в растворе;
- отфильтровывание кристаллов лаурил-сульфата натрия от следов несульфированных веществ путем фильтрации на вакуумном нуту-фильтре;
- промывку ацетоном при температуре 30-35°С и сушку конечного продукта;
- использование принципа замкнутого цикла, во-первых, при возвращении промывного ацетона, соединенного с маточной жидкостью, выделенной после сушки готового продукта, на стадию нейтрализации, и, во-вторых, направления разбавленной соляной кислоты, образующейся при вакуумировании сульфомассы, в абсорбер для поглощения выделяемого при сульфатировании хлороводорода.
Отличительными признаками заявляемого способа, которые позволяют сделать вывод о соответствии его критериям новизны и изобретательского уровня, являются следующие:
Для удаления из сульфомассы растворенного в ней остаточного хлороводорода предложено проведение вакуумирования с последующим поглощением водой выделенного в процессе десорбции хлороводорода и направлением получающейся разбавленной соляной кислоты при помощи центробежного насоса в ловушку для хлороводорода, выделяющегося на стадии сульфатирования. Это решение позволяет замкнуть цикл и избежать нарушения технологического режима при сульфатировании за счет избежания возможного засасывания соляной кислоты из абсорбера в сульфуратор и предупреждения возможности гидролиза получившейся сульфомассы до исходного лаурилового спирта и серной кислоты.
- Нейтрализацию отвакуумированной сульфомассы предложено проводить в нейтрализаторе в водно-ацетоновом растворе едкого натра при перемешивании и температуре, близкой к температуре кипения ацетона, т.е. при 55-57°С. При этом лаурилсульфат натрия и несульфированные вещества остаются в растворе, а минеральные соли - сульфат и хлорид натрия выпадают в осадок и отделяются в процессе последующей декантации либо фильтрации на вакуумном нуту-фильтре, при условии обязательного поддержания температуры не ниже 45-50°С.
- Кристаллизация лаурилсульфата проводится в кристаллизаторе на начальном этапе при перемешивании со скоростью около 12 об/мин и скоростью охлаждения 2-3°/мин. При достижении температуры 20-25°С водно-ацетоновый раствор близок к состоянию насыщения, поэтому именно в этот момент вводится «затравка» начала кристаллизации - кристаллический лаурилсульфат натрия. Процесс кристаллизации далее сопровождается более медленным снижением температуры со скоростью 0,5-0,7°/мин и в течение 1 часа доводится до минус 4-7°С. При этой температуре при постоянно работающей мешалке водно-ацетоновый раствор выдерживают 2-3 часа, в результате получая чистые кристаллы лаурилсульфата натрия, в которых не содержатся несульфированные вещества и остаточные минеральные соли.
- После отфильтровывания на вакуумном нуту-фильтре, кристаллы лаурилсульфата промывают ацетоном, вымывая следы несульфированных веществ и минеральных солей, причем температура ацетона должна быть около 45°С с тем, чтобы температура промываемых кристаллов поддерживалась в пределах 30-35°С, но не выше 40°С.
- После сушки маточную жидкость соединяют с промывным ацетоном и регенирируют для использования на этапе нейтрализации, т.е. цикл получается замкнутым. При этом потери ацетона не превышают 3-5% (в основном за счет образования окиси мезитила в результате альдольной кондесации).
В результате получают лаурилсульфат натрия, соответствующий по основным показателям требованиям ТУ 6-09-07-1563-86, а по некоторым параметрам даже превосходящий эти требования (см. таблицу).
Пример осуществления способа
В эмалированный сульфуратор, снабженный охлаждающей рубашкой и быстроходной пропеллерной мешалкой, загружают 42 кг осушенного лаурилового спирта, а из мерника-дозатора со скоростью 0,25-0,3 л/мин подают хлорсульфоновую кислоту. Процесс сульфатирования протекает при температуре 38-45°С в течение 60-70 мин. Выделяющийся при этом хлороводород поступает в абсорбер, содержащий разбавленную соляную кислоту (7-8%), в результате поглощения хлороводорода концентрация соляной кислоты повышается до 25-35%, Теплота сорбции отводится охлаждающей водой, подаваемой в рубашку абсорбера. Для предотвращения возможного засасывания соляной кислоты из абсорбера в сульфуратор при бурном выделении водорода, приходящемся на вторую половину сульфатирования, перед абсорбером устанавливают ловушку для соляной кислоты с объемом на 20-25% больше, чем объем соляной кислоты, замеренный от ее верхнего уровня до нижней кромки барботера, опущенного в соляную кислоту.
Кондиционную сульфомассу, с целью удаления (десорбции) растворенного в ней остаточного хлороводорода подвергают вакуумированию. Хлороводород, выделяющийся в процессе десорбции, поглощается водой в сборнике и образующаяся при этом разбавленная соляная кислота при помощи центробежного насоса направляется в абсорбер, т.е. замыкается на рецикл.
Плунжерным дозирующим насосом отвакуумированную сульфомассу из сульфуратора подают со скоростью 0,8 л/мин на нейтрализацию до рН=8,5 в нейтрализатор, в который предварительно залито 46,2 литра водного раствора едкого натра плотностью 1,25 г/л и 128 литров ацетона. Специфика теплового режима заключается в проведении нейтрализации при температуре, близкой к температуре кипения ацетона, т.е. при 55-57°С. Причем поддержание такой температуры осуществляют благодаря отсутствию охлаждающих элементов на нейтрализаторе за счет теплоты экзотермического процесса и возвращения в нейтрализатор скондесированных в выносном холодильнике-дефлегматоре паров ацетона. Процесс проводят при обязательном перемешивании сульфомассы якорной мешалкой, снабженной дополнительными горизонтальными лопастями для улучшения гомогенизации нейтрализата. При выполнении таких условий выпадают в осадок только сульфаты и хлориды натрия.
Горячий водно-ацетоновый нейтрализат отфильтровывают от выпавших в осадок сульфата и хлорида натрия на вакуумном нуту-фильтре при условии обязательного поддержания температуры не ниже 45-50%.
Кристаллизацию лаурилсульфата натрия проводят в кристаллизаторе, причем для получения химически чистых кристаллов, свободных от присутствия несульфированных веществ и остатков минеральных солей, процесс проводят в три этапа: на первом этапе при перемешивании со скоростью 12 об/мин осуществляют охлаждение отфильтрованного нейтрализата при помощи рассола с температурой минус 8-10°С. При скорости охлаждения 2-3°/мин эта стадия протекает в течение 10-12 минут. На второй стадии, когда температура достигла 20-25°С и водно-ацетоновый раствор близок к состоянию насыщения, вводят «затравку» начала кристаллизации - 300 г кристаллического лаурилсульфата натрия, и снижают скорость охлаждения до 0,5-0,7°/мин. Выращивание кристаллов на этой стадии производят в течение часа. Третья стадия - 2-х-З-х-часовая выдержка при температуре минус 4-7°С. Все три стадии кристаллизации сопровождают постоянным перемешиванием для предотвращения образования сплошной твердой массы вместо подвижной пульпы.
Образовавшуюся при кристаллизации водно-ацетоновую пульпу отфильтровывают на вакуумном нуту-фильтре для освобождения от оставшихся в растворе несульфированных веществ и остатков минеральных солей. Затем кристаллы лаурилсульфата натрия промывают ацетоном в количестве 200 литров, причем для поддержания температуры процесса промывки в пределах 30-35°С, температура поступающего ацетона должна быть около 45°С.
Промытые кристаллы высушивают, а маточную жидкость соединяют с промывным ацетоном и после регенерации направляют на этап нейтрализации, замыкая цикл. Потери ацетона при этом составляют не более 3-5%, в основном за счет образования в результате альдольной конденсации окиси мезитила.
Выход кондиционного лаурилсульфата натрия составляет 42,5 кг или 76% от стехиометрии.
Литература.
1. Войцеховская А.Л., Вольфензон И.Н. «Косметика сегодня» - М.: Химия, 1988 г.
2. Шварц А.Г. «Поверхностно-активные вещества и моющие средства» - М.: ИЛ, 1960 г.
3. Патент РФ №2159442, опубликован 20.11.2000 г.
4. Патент РФ №2054173, опубликован 10.02.1976 г.
5. В.П.Ситникова, А.П.Швырев, Н.В.Габбасова, М.Р.Габбасов, Е.А.Голощапова, Б.А.Ремезов, Л.И.Стахурлова «Клиническое значение качественного состава белка мочи в зависимости от протеинурии». Областная детская клиническая больниц, кафедра госпитальной педиатрии ВГМА им. Бурденко.
| Таблица Сравнительная характеристика лаурилсульфата натрия, полученного по различным технологиям | ||||
| № п/п | Наименование показателя | ТУ Харьковской парфюмерной фабрики | ТУ 6-09-07-1563-86 «ХЧ» | По заявленному способу |
| 1 | Внешний вид | Вермишель кремового цвета | Белый порошок | Белые кристаллы |
| 2 | Массовая доля лаурилсульфата натрия, мас.%, не менее | 84,0 | 99,0 | 99,5 |
| 3 | Массовая доля сульфата натрия, мас.%, не более | 7,0 | 0,2 | 0,0005 |
| 4 | Массовая доля хлорида натрия, мас.%, не более | 1,5 | 0,1 | 0,0003 |
| 5 | Массовая доля несульфированных веществ, мас.%, не более | 2,5 | 0,007 | 0,03 |
| 6 | Массовая доля тяжелых металлов (в пересчете на свинец) мас.%, не более | 0,001 | 0,005 | 0,004 |
| 7 | Массовая доля фосфатов, мас.%, не более | - | 0,001 | 0,001 |
| 8 | Оптическая плотность 10%-ного раствора (δ кюветы - 1 см.) | 2,9 | 0,3 | 0,15 |
1. Способ получения лаурилсульфата натрия, включающий сульфатирование лаурилового спирта хлорсульфоновой кислотой, удаление хлористого водорода, нейтрализацию раствором щелочи, фильтрацию и сушку, отличающийся тем, что десорбцию хлороводорода осуществляют путем вакуумирования при 35-40°С и постепенном снижении давления до 30-35 мм. рт.ст. в течение 15 мин, нейтрализацию осуществляют водно-ацетоновым раствором едкого натра с содержанием воды 18-24% при температуре 55-57°С, фильтрацию горячего водно-ацетонового раствора проводят при температуре не ниже 45-50°С с последующей кристаллизацией лаурилсульфата натрия в три этапа при постепенном снижении температуры и постоянном перемешивании, причем на первом этапе кристаллизации охлаждение ведут со скоростью 2-3° в минуту до температуры 20-25°С, на втором этапе - при введении для затравки кристаллизации кристаллического лаурилсульфата натрия в количестве 0,15-0,20% от отфильтрованного водно-ацетонового нейтрализата, снижают скорость охлаждения до 0,5-0,7° в минуту, на третьем этапе - после достижения минус 4-7°С проводят двух-трехчасовую выдержку, после чего осуществляют промывку кристаллов лаурилсульфата натрия ацетоном при температуре 30-35°С.
2. Способ получения лаурилсульфата натрия по п.1, отличающийся тем, что промывной ацетон, соединенный с маточной жидкостью, выделенной после сушки готового продукта, регенерируют и используют для проведения стадии нейтрализации, а разбавленную соляную кислоту направляют в абсорбер для поглощения выделяемого при сульфатировании хлороводорода.
3. Способ получения лаурилсульфата натрия по п.1, отличающийся тем, что поддержание температуры нейтрализации в пределах 55-57°С осуществляют, благодаря использованию теплоты экзотермического процесса, отсутствию на нейтрализаторе охлаждающих элементов и возвращению в нейтрализатор сконденсированных в выносном холодильнике-дефлегматоре паров ацетона.
