Способ выделения формиата натрия из пентаэритрит-формиатного маточного раствора

Изобретение относится к технологии органического синтеза, в частности к переработке пентаэритрит-формиатных маточных растворов, и может быть использовано для получения формиата натрия. Способ выделения формиата натрия из пентаэритрит-формиатного маточного раствора включает стадию выделения формиата натрия из маточного раствора, полученного при производстве пентаэритрита, с отделением жидкой фазы. Отделенную жидкую фазу в виде раствора, содержащего пентаэритрит с примесями и формиат натрия на грани насыщения, с температурой 95±5°C подают в емкость, добавляют маточный раствор, полученный при производстве пентаэритрита, с температурой 45±5°C, доводят температуру смеси до 55-65°C, выдерживают смесь при этой температуре до образования кристаллов пентаэритрита с размерами не менее 150 мкм. Полученную суспензию фильтруют, отделяют выделившиеся кристаллы пентаэритрита и примесей. Оставшийся раствор формиата натрия возвращают на стадию выделения формиата натрия из маточного раствора, полученного при производстве пентаэритрита. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения количества формиата натрия, получаемого при переработке пентаэритрит-формиатного маточного раствора. 3 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к технологии органического синтеза, в частности к переработке пентаэритрит-формиатных маточных растворов, и может быть использовано для получения формиата натрия.

Известен способ получения пентаэритрита и формиата натрия (CN103570522, C07C 29/78, 2012), характеризующийся тем, что в пентаэритрит-формиатный маточный раствор после отделения кристаллов формиата натрия добавляют 1/3 воды от объема маточного раствора, нагревают до 90-100°C, проводят перекристаллизацию пентаэритрита, отделяют кристаллы пентаэритрита, оставшийся раствор направляют на стадию получения формиата натрия.

Недостаток известного способа заключается в низкой концентрации формиата натрия в растворе, которая недостаточна для получения высокого выхода формиата.

Известен способ переработки технического пентаэритрит-формиатного маточного раствора по патенту РФ на изобретение №2440168, B01D 9/02, 2010, заключающийся в выделении пентаэритрита и отделении жидкой фазы, представляющей собой маточный раствор, и получение из него формиата натрия. Известный способ взят в качестве ближайшего аналога, как наиболее близкий по совокупности существенных признаков и решаемой технической задаче.

Недостатком известного способа является неполная переработка вторичного маточного раствора. После отделения кристаллов формиата натрия из вторичного маточного раствора с последующим понижением температуры оставшаяся суспензия представляет собой концентрированный раствор формиата натрия с выпавшими в осадок кристаллами монопентаэритрита и формиата натрия, которая в дальнейшем не используется.

Технической задачей является повышение эффективности переработки пентаэритрит-формиатного маточного раствора для получения формиата натрия.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение количества формиата натрия, получаемого при переработке пентаэритрит-формиатного маточного раствора.

Технический результат достигается тем, что в способе выделения формиата натрия из пентаэритрит-формиатного маточного раствора, включающем стадию выделения формиата натрия из маточного раствора, полученного при производстве пентаэритрита, с отделением жидкой фазы, согласно изобретению отделенную жидкую фазу в виде раствора, содержащего пентаэритрит с примесями и формиат натрия на грани насыщения, с температурой 95±5°C подают в емкость, добавляют маточный раствор, полученный при производстве пентаэритрита, с температурой 45±5°C, доводя температуру смеси до 55-65°C, выдерживают смесь при этой температуре до образования кристаллов пентаэритрита, полученную суспензию фильтруют, отделяют выделившиеся кристаллы пентаэритрита и примесей, оставшийся раствор формиата натрия возвращают на стадию выделения формиата натрия из маточного раствора, полученного при производстве пентаэритрита.

Добавление маточного раствора, полученного при производстве пентаэритрита, в раствор, полученный после отделения кристаллов формиата натрия на стадии выделения формиата натрия с охлаждением до оптимальной температуры 55-65°C, позволяет повысить концентрацию формиата натрия в растворе, получаемом после фильтрации смеси. Это объясняется тем, что маточный раствор, полученный при производстве пентаэритрита, содержит малое количество пентаэритрита и достаточно высокое количество формиата натрия - 30-36 мас. %. При охлаждении смеси растворов кристаллы пентаэритрита, загрязненные примесями, выпадают в твердую фазу, а формиат натрия, в силу слабой зависимости его растворимости от температуры остается растворенным. Благодаря этому концентрация формиата натрия в растворе, получаемом после отделения кристаллов пентаэритрита из образовавшейся в результате смешивания и охлаждения растворов суспензии, повышается до 40-42 мас. %.

Кроме того, добавление маточного раствора, полученного при производстве пентаэритрита к раствору, полученному на стадии выделения формиата натрия, способствует снижению вязкости получаемой при смешивании суспензии.

Температура 55-65°C является оптимальной, т.к. при температуре ниже 55°C происходит образование кристаллов пентаэритрита, сильно загрязненных примесями, что в дальнейшем может затруднить получение качественного товарного продукта. При температуре выше 65°C, жидкая фаза будет содержать слишком много пентаэритрита, который будет препятствовать получению формиата натрия нужной чистоты.

Выдержка смеси растворов при температуре 55-65°C необходима для роста кристаллов пентаэритрита до величины, при которой кристаллы можно полностью выделить из суспензии фильтрованием.

Получение в конечном итоге раствора с высокой концентрацией формиата натрия - 40-42 мас. %, который возвращают на стадию выделения формиата натрия, позволяет в следующем цикле выделить дополнительное количество формиата натрия. Также предлагаемый способ создает возможность для полной переработки пентаэритрит-формиатного маточного раствора для получения формиата натрия.

Способ переработки технического пентаэритрит-формиатного маточного раствора осуществляют следующим образом.

Пентаэритрит-формиатный маточный раствор, полученный при производстве пентаэритрита, так называемый вторичный маточный раствор, направляют на узел выделения формиата натрия. Температура вторичного маточного раствора, получаемого на выходе после отделения кристаллов пентаэритрита составляет 45±5°C. Выделение формиата натрия из вторичного маточного раствора осуществляют известными в производстве пентаэритрита методами. Для выделения формиата натрия вторичный маточный раствор подают через подогреватели в вакуум-кристаллизационную установку, состоящую из выпарного аппарата и вакуум-кристаллизатора, работающих в непрерывном режиме. В выпарном аппарате вторичный маточный раствор кипит при естественной циркуляции и частично упаривается. Далее он поступает в вакуум-кристаллизатор, где кипит при непрерывной принудительной циркуляции. Дальнейшее упаривание вторичного маточного раствора в вакуум-кристаллизаторе сопровождается выделением кристаллов формиата натрия и увеличением их массовой доли. Массовая доля кристаллов формиата натрия в суспензии составляет 30-36 мас. %. Упаренную суспензию из вакуум-кристаллизатора через гидроциклон подают для фильтрования на пульсирующую центрифугу. Монопентаэритрит, содержащийся в растворе, при высокой температуре растворяется. А формиат натрия, растворимость которого слабо зависит от температуры, выделяется в твердую фазу в количестве, превышающем равновесную концентрацию в полученном растворе. Отделенный посредством центрифуги кристаллический формиат натрия отправляют на расфасовку и упаковку. Жидкую фазу, представляющую собой третичный маточный раствор, подают в емкость. Температура третичного маточного раствора, полученного после отделения формиата натрия находится в пределах 95±5°C. Третичный маточный раствор содержит растворенные монопентаэритрит с примесями и формиат натрия на грани насыщения. Для выделения в кристаллическую фазу монопентаэритрита и примесей, таких как дипентаэритрит, трипентаэритрит, формали пентаэритрита, третичный маточный раствор охлаждают, подавая в емкость более холодный вторичный маточный раствор. Температура вторичного маточника около 45±5°C. Третичный маточный раствор разбавляют до получения смеси с температурой 55-65°C и выдерживают смесь при этой температуре до образования кристаллов пентаэритрита с размерами не менее 150 мкм. Полученная суспензия представляет собой концентрированный раствор формиата натрия с кристаллами монопентаэритрита с примесями. Кристаллы монопентаэритрита с примесями отделяют с помощью фильтра, например барабанного или ленточного типа. Кристаллы с размерами от 150 мкм полностью отделяются от жидкой фазы, не забивая фильтров. После отделения твердой фазы получают раствор формиата натрия с концентрацией 40-42 масс. %. Затем концентрированный раствор формиата натрия возвращают на узел выделения формиата натрия, т.е. подают через подогреватели в выпарной аппарат и вакуум-кристаллизационную установку для выделения дополнительного количества формиата натрия.

Повышение концентрации формиата натрия в переработанном пентаэритрит-формиатном маточном растворе по сравнению с аналогами подтверждено экспериментально.

В примерах 1 и 2 представлены результаты опытов, проведенных по предлагаемому способу выделения формиата натрия из пентаэритрит-формиатного маточного раствора. В примере 3 показаны результаты опыта, осуществленного способом, указанным в ближайшем аналоге.

Пример 1

В теплоизолированную емкость поместили 400 см³ третичного маточного раствора. Добавили 400 см³ вторичного маточного раствора. Полученную суспензию довели до температуры 60°C, выдержали 2 часа при этой температуре и профильтровали через иглопробивное полотно. После фильтрования получили 650 см³ раствора и 200 г осадка. Осадок фильтрования высушили в сушильном шкафу. Из раствора при остывании выпал осадок в виде белой губки с крупной ячейкой. Маточный раствор и осадок проанализировали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Результаты анализа представлены в таблице 1.

Пример 2

В теплоизолированную емкость поместили 300 см³ третичного маточного раствора Добавили 450 см³ вторичного маточного раствора. Полученную суспензию довели до температуры 60°C и выдержали при этой температуре 2 часа. Отфильтровали через ткань ленточных фильтров. После фильтрования получили 650 см³ жидкого раствора и 146 г осадка. Выделенный осадок фильтрования просушили в сушильном шкафу. Из раствора при остывании выпал осадок в виде белой губки с крупной ячейкой. Маточный раствор и осадок проанализировали методом ВЭЖХ. Результаты анализа представлены в таблице 2.

Пример 3

Третичный маточный раствор смешали в теплоизолированной емкости с соковым конденсатом в соотношении 10:1 при комнатной температуре, довели суспензию до температуры 60°C, выдержали 2 часа, отфильтровали через иглопробивное полотно. Раствор и образовавшийся осадок проанализировали методом ВЭЖХ. Результаты анализа представлены в таблице 3.

Проведенные опыты показали, что при смешении третичного и вторичного маточных растворов и охлаждении смеси до температуры ~ 60°C происходит выделение в твердую фазу значительного количества неравновесных МПЭ, ДПЭ ЦМФ и некоторого количества формиата натрия. После отделения твердой фазы получают раствор формиата натрия повышенной концентрации - более 41 мас. %, по сравнению с ближайшим аналогом, где концентрация формиата натрия составляет менее 36 мас. %. Полученный концентрированный раствор формиата натрия снова направляют на узел выделения формиата натрия из маточного раствора для дополнительного выделения формиата натрия. Это дает возможность использовать весь получаемый маточный раствор для производства формиата натрия.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность переработки пентаэритрит-формиатного раствора за счет увеличения количества формиата натрия, получаемого при переработке пентаэритрит-формиатного маточного раствора и создает возможность полностью перерабатывать технические маточные растворы производства пентаэритрита для получения формиата натрия.

Способ выделения формиата натрия из пентаэритрит-формиатного маточного раствора, включающий стадию выделения формиата натрия из маточного раствора, полученного при производстве пентаэритрита, с отделением жидкой фазы, отличающийся тем, что отделенную жидкую фазу в виде раствора, содержащего пентаэритрит с примесями и формиат натрия на грани насыщения, с температурой 95±5°C подают в емкость, добавляют маточный раствор, полученный при производстве пентаэритрита, с температурой 45±5°C, доводят температуру смеси до 55-65°C, выдерживают смесь при этой температуре до образования кристаллов пентаэритрита с размерами не менее 150 мкм, полученную суспензию фильтруют, отделяют выделившиеся кристаллы пентаэритрита и примесей, оставшийся раствор формиата натрия возвращают на стадию выделения формиата натрия из маточного раствора, полученного при производстве пентаэритрита.