Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Сравнение четырехкомпонентных систем неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода и неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — реакционная смесь Исследования показали, что метанол выступает как гомогенизатор для расслаивающихся смесей. С увеличением концентрации метанола в разрезах систем область расслаивания уменьшается и исчезает при концентрации метанола около 15%. При введении… Читать ещё >

Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Аннотация: Приведены результаты исследования растворимости поликомпонентных водно-органических систем, содержащих неопентилгликоль, формиат натрия и органические растворители. На основании полученных диаграмм растворимости определены температурно-концентрационные параметры процессов экстракции и кристаллизации неопентилгликоля и формиата натрия, теоретически обоснованы технологические схемы процессов и проведен укрупненный лабораторный эксперимент. неопентилгликоль растворимость поликомпонентный Ключевые слова: Неопентилгликоль, водно-органические системы, диаграммы растворимости, экстракция, кристаллизация Начало работы опубликовано под тем же названием в предыдущем выпуске журнала «Инженерный вестник Дона» № 4, 2014 г.

Четырехкомпонентные системы [27−32].

Изучение трехкомпонентных систем показало принципиальную возможность осуществления процесса кристаллизации неопентилгликоля. Однако физико-химические свойства этих систем таковы, что получаемый продукт содержит более 1 масс.% формиата натрия, что в конечном итоге сужает область его дальнейшего использования. Один из путей усовершенствования предлагаемого процесса — это введение в систему нового компонента, который бы высаливал формиат натрия из насыщенных растворов неопентилгликоля и позволял получать более чистый продукт. Из литературных данных известно, что для высаливания формиата натрия можно использовать метанол.

Выбор температуры исследования — 30 °C связан с физико-химическими свойствами компонентов систем. При температурах ниже 30 °C происходит образование кристаллогидратов формиата натрия (ниже 15 °C — тригидрат, от 15 до 26 °C — дигидрат), что приводит к резкому повышению вязкости растворов и затрудняет процесс кристаллизации неопентилгликоля. Изотермы растворимости при 30 и 50 °C практически совпадают, а повышение температуры может привести к усложнению аппаратурного оформления процесса.

Система неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода.

Четырехкомпонентная система неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода изучена с целью оптимизации процесса кристаллизации неопентилгликоля, а так же для выявления степени высаливающего эффекта метанола в отношении формиата натрия.

Данные по растворимости твердых веществ в воде и метаноле при 30 °C приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Растворимость формиата натрия и неопентилгликоля в воде и метаноле (мас.%) при 30 °C.

Вещество.

Растворитель.

Вода.

Метанол.

Неопентилгликоль.

87.80.

82.60.

Формиат натрия.

50.70.

3.40.

Эвтонический раствор оконтуривающей системы неопентилгликоль — формиат натрия — метанол при 30 °C содержит менее 1 масс.% формиата натрия и 15.5 масс.% метанола (рис. 13а), а в системе неопентилгликоль — формиат натрия — вода концентрация формиата натрия в эвтонике — 2.1 масс.% (рис. 8а). Растворимость неопентилгликоля в воде и метаноле изменяется не значительно, а у формиата натрия при введении в систему метанола резко уменьшается (рис. 14, 15; табл. 3).

Анализ оконтуривающих систем показал целесообразность использования метанола в качестве высаливателя для формиата натрия. Для оптимизации процесса высаливания изучен ряд разрезов (с 50%, 25% и 10% водными растворами метанола) четырехкомпонентной системы неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода.

Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
  • а)
  • б)

Рис. 13 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) системы неопентилгликоль — формиат натрия — метанол при 30°C

  • а)
  • б)

Рис. 14 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) системы неопентилгликоль — метанол — вода при 30°C

а).

Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.

б) Рис. 15 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) системы формиат натрия — метанол — вода при 30°C

В разрезе с 10% водным раствором метанола сохраняется область монотектического равновесия. Область кристаллизации неопентилгликоля более выражена, чем в других разрезах. В разрезах с 50% и 25% водными растворами метанола области расслаивания не обнаружено (рис. 16−18). Составы эвтонических растворов изученных разрезов приведены в таблице 4.

Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
  • а)
  • б)

Рис. 16 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) разреза неопентилгликоль — формиат натрия — 50% водный раствор метанола при 30°C

  • а)
  • б)

Рис. 17 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) разреза неопентилгликоль — формиат натрия — 25% водный раствор метанола при 30°C

а).

Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.

б) Рис. 18 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) разреза неопентилгликоль — формиат натрия — 10% водный раствор метанола при 30°C

Таблица 4

Составы эвтонических растворов разрезов четырехкомпонентной системы.

Разрезы.

Состав эвтонических растворов, мас.%.

Неопентилгликоль.

Формиат натрия.

Метанол.

Вода.

50% водный раствор метанола — неопентилгликоль — формиат натрия.

84.20.

0.50.

7.65.

7.65.

25% водный раствор метанола — неопентилгликоль — формиат натрия.

85.60.

0.50.

3.47.

10.43.

10% водный раствор метанола — неопентилгликоль — формиат натрия.

85.70.

1.50.

1.28.

11.52.

Установлено, что растворимость формиата натрия в водно-спиртовых растворах неопентилгликоля понижается с увеличением концентрации последнего. Полученные экспериментальные данные подтвердили, что метанол может быть использован для высаливания формиата натрия из насыщенных растворов неопентилгликоля.

Система неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — реакционная смесь Четырехкомпонентная система неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — реакционная смесь фактически является разрезом условно пяти компонентной системы неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода — сумма технологических примесей. В реакционной смеси количественное содержание примесей неизвестно, поэтому диаграмма растворимости изученного нами разреза построена в тетраэдре состава, вершины которого неопентилгликоль, формиат натрия, метанол, реакционная смесь.

Изучены трехкомпонентные оконтуривающие системы: неопентилгликоль — метанол — реакционная смесь (рис. 19) и формиат натрия — метанол — реакционная смесь (рис. 20). Установлено, что технологические примеси способствуют процессу высаливания формиата натрия. Изучено два разреза четырехкомпонентной системы (рис. 21, 22). Составы эвтонических растворов разрезов приведены в таблице 5.

Установлено, что растворимость формиата натрия понижается с увеличением концентрации неопентилгликоля в растворах реакционной смеси со спиртом.

Таблица 5.

Составы эвтонических растворов разрезов четырехкомпонентной системы.

Разрезы.

Состав эвтонических растворов, мас.%.

Неопентилгликоль.

Формиат натрия.

Метанол.

Реакционная смесь.

25% раствор метанола в реакционной смеси — неопентилгликоль — формиат натрия.

76.00.

0.50.

5.88.

17.62.

10% раствор метанола в реакционной смеси — неопентилгликоль — формиат натрия.

80.50.

0.50.

1.90.

17.10.

Сравнение четырехкомпонентных систем неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода и неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — реакционная смесь Исследования показали, что метанол выступает как гомогенизатор для расслаивающихся смесей. С увеличением концентрации метанола в разрезах систем область расслаивания уменьшается и исчезает при концентрации метанола около 15%. При введении в реакционную смесь метанола суммарный высаливающий эффект в отношении формиата натрия усиливается. В разрезах с 10% раствором метанола происходит уменьшение области монотектического равновесия за счет расширения поля кристаллизации формиата натрия (рис. 23). Дальнейшее повышение концентрации метанола приводит к увеличению области кристаллизации формиата натрия, причем в системе с реакционной смесью этот эффект проявляется более ярко (рис. 24).

Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
  • а)
  • б)

Рис. 19 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) системы неопентилгликоль — метанол — реакционная смесь при 30°C

  • а)
  • б)

Рис. 20 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) системы формиат натрия — реакционная смесь — метанол при 30°C

а) б.

Рис. 21 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) системы неопентилгликоль — формиат натрия — 25% раствор метанола в реакционной смеси при 30°C

  • а)
  • б)

Рис. 22 Изотермы растворимости (а) и показателя преломления (б) системы неопентилгликоль — формиат натрия — 10% раствор метанола в реакционной смеси при 30°C

Проекция разреза неопентилгликоль - формиат натрия - реакционная смесь на грань тетраэдра неопентилгликоль - формиат натрия - 10% водный раствор метанола при 30°C (Фазовые области.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Процессы извлечения неопентилгликоля из водно-органических систем.
Рис. 23 Проекция разреза неопентилгликоль - формиат натрия - реакционная смесь на грань тетраэдра неопентилгликоль - формиат натрия - 10% водный раствор метанола при 30°C (Фазовые области: I - L, II, V - L+S, III - S+L1+L2, IV - LЭ+S+S1, VI - L+S1, VII - L1+L2).

Рис. 23 Проекция разреза неопентилгликоль — формиат натрия — реакционная смесь на грань тетраэдра неопентилгликоль — формиат натрия — 10% водный раствор метанола при 30 °C (Фазовые области: I — L, II, V — L+S, III — S+L1+L2, IV — LЭ+S+S1, VI — L+S1, VII — L1+L2)

Зависимость содержания формиата натрия от концентрации метанола в эвтонических растворах представлена на рис. 25. Она позволяет установить минимальную концентрацию метанола для максимального высаливания формиата натрия. Для системы с реакционной смесью оптимальная концентрация метанола в эвтоническом растворе составляет 2−4 масс.%, при этом содержание формиата натрия менее 0,5 масс.%.

Кристаллизация неопентилгликоля.

Система неопентилгликоль — формиат натрия — вода Графическое изображение процесса кристаллизации неопентилгликоля приведено на рисунке 26, состав исходной и промежуточных смесей — в таблице 6. Соотношение и состав фаз определены по диаграммам растворимости.

При упаривании исходного раствора состава точки P при температуре 50 °C, его состав изменяется по лучу испарения до предельной ноды — точка В. Эта смесь распадается на две жидкие фазы, которые разделяют. Соотношение фаз: верхняя, точка С — 49,6%, нижняя, точка М — 50,4%.

Верхнюю фазу охлаждают до 20 °C, при этом в осадок выпадает твердая фаза состава точки D. Состав раствора меняется по линии, соединяющей эвтоники 50° и 20 °C. Состав конечного раствора соответствует эвтоническому раствору при 20 °C точка E. Соотношение выпавшей твердой фазы и эвтонического раствора равно 41,20: 58,80 соответственно. При упаривании эвтонического раствора получаем 8,96 масс.ч. неопентилгликоля и 0,045 масс.ч. формиата натрия. Таким образом, теоретический выход неопентилгликоля в данном процессе составляет 59,73%.

Проекция разреза неопентилгликоль - формиат натрия - реакционная смесь на грань тетраэдра неопентилгликоль - формиат натрия - 25% водный раствор метанола при 30°C (Фазовые области.

Рис. 24 Проекция разреза неопентилгликоль — формиат натрия — реакционная смесь на грань тетраэдра неопентилгликоль — формиат натрия — 25% водный раствор метанола при 30 °C (Фазовые области: I — L, II — L+S, III — LЭ+S+S1, IV — L+S1)

Рис. 25 Зависимость содержания формиата натрия от концентрации метанола в эвтонических растворах: 1 — система неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода, 2 — система неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — реакционная смесь

Политерма растворимости системы неопентилгликоль - формиат натрия - вода.
Рис. 26 Политерма растворимости системы неопентилгликоль - формиат натрия - вода.

Рис. 26 Политерма растворимости системы неопентилгликоль — формиат натрия — вода

Таблица 6

Состав смесей процесса кристаллизации неопентилгликоля.

Точка на диаграмме.

Состав, мас.%.

Неопентилгликоль.

Формиат натрия.

Вода /Вода + примеси.

P.

14.55.

10.44.

75.01.

В.

39.68.

29.82.

30.50.

С.

76.67.

8.33.

15.00.

М.

3.42.

50.08.

46.50.

D.

69.60.

30.40.

;

E.

81.39.

0.41.

18.20.

F.

38.87.

15.02.

43.11.

К.

56.91.

19.79.

23.30.

N.

7.50.

34.50.

58.00.

А.

14.60.

12.13.

73.27.

L.

37.14.

30.86.

32.00.

Выпавшую на последней стадии смесь неопентилгликоля и формиата натрия можно возвращать обратно в процесс — растворять в исходном растворе (синтезате), что приведет к снижению количества упариваемой воды и увеличению выхода неопентилгликоля. Необходимо добавить такое количество смеси неопентилгликоля и формиата натрия, чтобы полученный раствор стал практически насыщенным — фигуративная точка состава раствора F находится немного выше бинодали при 50 °C (рис. 26). Этот раствор упаривается при 50 °C до точки К (расположена на предельной ноде). Полученная смесь расслаивается, соотношение верхней и нижней фаз составляет 73.08: 26.92 соответственно. Далее процесс идет аналогично вышеописанному. Теоретический выход неопентилгликоля по данному циклу составляет 54.1%. Расчет показал, что количество получаемой смеси неопентилгликоля и дигидрата формиата натрия недостаточно для получения раствора точки F: необходимо 43.7 маcс.ч., а получили 21.16 мас.ч. Тем не менее, возврат выделившейся смеси неопентилгликоля и формиата натрия в процесс повышает выход неопентилгликоля и снижает количество выпариваемой воды. Справедливо предположить, что процесс будет выходить на оптимальный режим в течение нескольких циклов. Оптимальные условия осуществления процесса будут достигнуты тогда, когда количество возвращаемой в процесс смеси неопентилгликоля и формиата натрия будет равно количеству этой смеси, выделившейся при следующем цикле.

Нижнюю фазу состава точки М охлаждают до 20 °C. В результате в осадок выпадает дигидрат формиата натрия, а состав жидкой фазы изменяется по лучу MN до точки N. Соотношение выпавшего осадка соли и маточного раствора равно 49.1: 50.9 соответственно. Возможно возвращение этого раствора на первую стадию. При смешивании растворов соответствующих точкам Р и N получаем раствор состава точки А, который упариваем при 50 °C до точки L, лежащей на предельной ноде. Соотношение верхней и нижней фазы равно 46.15% (точка С) и 53.85% (точка М). Охлаждение верхней фазы до 20 °C приведет к кристаллизации смеси неопентилгликоля и дигидрата формиата натрия, а состав маточного раствора соответствует эвтоническому — точка E. Из нижней фазы состава точки М, охлажденной до 20 °C получаем дигидрата формиата натрия. Расчеты показали, что возврат в цикл маточного раствора после кристаллизации формиата натрия приводит к некоторому снижению выхода неопентилгликоля.

Система неопентилгликоль — формиат натрия — вода — метанол Графическое изображение процесса кристаллизации неопентилгликоля приведено на рисунке 27, состав исходной и промежуточных смесей — в таблице 7. При упаривании исходного раствора точки P его состав изменяется по лучу испарения до предельной ноды области расслаивания — точка B. Эта смесь распадается на две жидкие фазы. Соотношение фаз: верхняя (точка С) — 49.40%, нижняя (точка М) — 50.60%. Фазы разделяют при 30 °C.

Верхнюю фазу точка C снова упаривают. Ее состав изменяется по лучу испарения до точки K, при этом в осадок выпадает формиат натрия. Состав упаренного раствора соответствует эвтоническому раствору при 30 °C точка E. Соотношение выпавшей твердой фазы и эвтонического раствора равно 5.16: 94.84 соответственно. К получившемуся раствору добавляют метанол в количестве 0.23 мас.ч. чтобы получился эвтонический раствор разреза неопентилгликоль — формиат натрия — 10% водный раствор метанола. При этом должна выпасть в осадок смесь формиата натрия и неопентилгликоля. Состав эвтонического раствора (масс.%): неопентилгликоль — 83.5; формиат натрия — 1.5; вода — 13.5; метанол — 1.5. После обезвоживания этого раствора при 60 °C получается кристаллический неопентилгликоль. Теоретический выход целевого продукта в данном процессе составил 86.8%.

Система неопентилгликоль — формиат натрия — реакционная смесь — метанол Синтезат точка P (рис. 27, табл. 7) упаривается. Его состав изменяется по лучу испарения до предельной ноды — точка В1. Эта смесь распадается на две жидкие фазы. Состав верхней фазы определяется по диаграмме растворимости, а соотношение фаз и состав нижней фазы определяется по массе и показателю преломления соответственно: верхняя фаза (точка С1) — 40,3%, нижняя фаза (точка М1) 59,7%. Фазы разделяют. Верхнюю фазу — точка C1 снова упаривают. Ее состав изменяется по лучу испарения до предельной ноды — точка K1, при этом в осадок выпадает формиат натрия. Состав упаренного раствора соответствует эвтоническому раствору при 30 °C точка E1. Соотношение выпавшей твердой фазы и эвтонического раствора равно 3.76: 96.24 соответственно. К получившейся смеси добавляют метанол, чтобы получился эвтонический раствор разреза неопентилгликоль — формиат натрия — 10% водный раствор метанола. При этом в осадок выпадает смесь формиата натрия и неопентилгликоля. После фильтрации получаем эвтонический раствор состава (масс.%): неопентилгликоль — 80.5; формиат натрия — 0.5; реакционная смесь — 17.1; метанол — 1.9. При его обезвоживании получается кристаллический неопентилгликоль. Теоретический выход целевого продукта в данном процессе составил 69.3%.

Проекция разреза неопентилгликоль - формиат натрия - реакционная смесь на грань тетраэдра неопентилгликоль - формиат натрия - вода.

Рис. 27 Проекция разреза неопентилгликоль — формиат натрия — реакционная смесь на грань тетраэдра неопентилгликоль — формиат натрия — вода

Таблица 7.

Состав смесей процесса кристаллизации неопентилгликоля.

Точка на диаграмме.

Состав, масс.%.

Неопентилгликоль.

Формиат натрия.

Вода /Вода + примеси.

P.

14.55.

10.44.

75.01.

В.

39.01.

27.99.

33.00.

С.

75.92.

6.78.

17.30.

М.

3.25.

48.35.

48.40.

E.

85.50.

2.00.

12.50.

В1.

36.80.

26.45.

36.75.

С1.

79.43.

5.36.

15.21.

М1.

8.50.

40.00.

51.50.

E1.

84.09.

1.07.

14.84.

Процессы кристаллизации неопентилгликоля осуществлены в лабораторных условиях с разными исходными растворами: трехкомпонентная смесь неопентилгликоля, формиата натрия и воды, соотношение компонентов соответствует реакционной смеси; реакционная смесь, полученная в результате синтеза неопентилгликоля из изомасляного альдегида и формальдегида в присутствии гидроокиси натрия.

1. Модельная водно-органическая смесь.

Материальный баланс процесса получения неопентилгликоля из модельного раствора приведен в таблице 8. Выход неопентилгликоля составил 63.8%, что на 23% ниже теоретического — 86.8%. Это связано с потерями маточного раствора на стадиях разделения фаз и фильтрации.

Таблица 8.

Материальный баланс процесса получения неопентилгликоля.

из модельного раствора.

Приход.

Расход.

1 стадия. Упаривание раствора.

Исходный раствор (точка P) — 500 г, nD30°=1.3610.

Упаренная вода — 313.5 г Концентрированный раствор (точка В) — 186.5 г.

2 стадия. Расслаивание. Разделение фаз*.

Концентрированный раствор (точка В) — 186.5 г.

Верхняя фаза (точка С) — 68.33 г, nD30°=1.4280.

Нижняя фаза (точка М) — 113.35 г, nD30°=1.3945.

Потери — 4.82 г.

3 стадия. Упаривания органической верхней фазы.

Верхней фазы (точка С) — 68.33 г, nD30°=1.4280.

Упаренная вода — 4.41 г Концентрированный раствор (точка Е) — 60.62 г Осадок формиата натрия — 3.3 г.

4 стадия. Добавление метанола к эвтоническому раствору и фильтрация получившейся смеси.

Концентрированный раствор (точка Е) — 60.62 г Осадок — 3.3 г Метанол — 0.9 г.

Эвтонический раствор системы неопентилгликоль — формиат натрия — 10% водный раствор метанола — 55.62 г Осадок — 3.7 г Потери — 2.2 г.

5 стадия. Кристаллизация неопентилгликоля.

Эвтонический раствор системы неопентилгликоль — формиат натрия — 10% водный раствор метанола — 55.62 г.

Кристаллический неопентилгликоль — 46.44 г.

  • *Примечание: разделение фаз проводили при температуре 45 °C, т.к. повышение температуры ускорило коалесценцию фаз.
  • 2. Водно-органическая смесь — реакционная смесь.

Синтез неопентилгликоля проведен следующим образом. 170 г формальдегида (содержание основного вещества 37 мас.%), 72 г изомасляного альдегида, 230 г раствора гидроокиси натрия (концентрация 20−21 мас.%) и 200 г воды выдерживались в течение 3 часов при температуре 60 °C и постоянном перемешивании, после чего в раствор добавляли 14 мл муравьиной кислоты (концентрация 99.7 мас.%).

Материальный баланс процесса получения неопентилгликоля приведен в таблице 9. Выход неопентилгликоля составил 73.4%, что на 4.1% выше теоретического выхода (69.3%). Это связано с тем, что при введении метанола на 4 стадии вместо смеси формиата натрия и неопентилгликоля кристаллизуется только формиат натрия.

Таблица 9.

Материальный баланс процесса получения неопентилгликоля из реакционной смеси.

Приход.

Расход.

1 стадия. Упаривание раствора.

Исходный раствор (точка P) — 500 г, nD30°=1.3660.

Упаренная вода — 304.55 г Концентрированный раствор (точка В1) — 195.45 г.

2 стадия. Расслаивание. Разделение фаз*.

Концентрированный раствор (точка В1) -195.45 г.

Верхняя фаза (точка С1) — 77.78 г, nD30°=1.4295.

Нижняя фаза (точка М1) — 113.79 г, Потери — 3.88 г.

3 стадия. Стадия упаривания органического верхней фазы.

Верхняя фаза (точка С1) — 77.78 г,.

nD30°=1.4310.

Упаренная вода — 4.67 г Концентрированный раствор (точка Е1) — 69.59 г Осадок формиата натрия — 3.52 г.

4 стадия. Добавление метанола к эвтоническому раствору и фильтрация получившейся смеси.

Концентрированный раствор (точка Е1) — 69.59 г Осадок — 3.52 г Метанол — 1.16 г.

Эвтонический раствор системы неопентилгликоль — формиат натрия — 10% раствор метанола в реакционной смеси — 66.3 г Осадок — 5.3 г Потери — 2.67 г.

5 стадия. Кристаллизация неопентилгликоля.

Эвтонический раствор системы неопентилгликоль — формиат натрия — 10% раствор метанола в реакционной смеси — 66.3 г.

Кристаллический неопентилгликоль — 53.37 г.

*Примечание: разделение фаз проводили при температуре 38 °C, т.к. повышение температуры ускорило коалесценцию фаз.

Полученные экспериментальные данные достаточно хорошо согласуются с теоретическими расчетами на основании диаграмм растворимости поликомпонентных систем. Данные таблиц 8 и 9 дают важную информацию о возможных потерях маточного раствора с твердой фазой на стадии фильтрации и при разделении двух жидких фаз. Они составили не более 1.4%, что вполне допустимо с точки зрения дальнейшего осуществления процесса на опытной установке.

Полученные осадки неопентилгликоля анализировались на содержание формиата натрия путем определения зольности. Содержание формиата натрия в неопентилгликоле полученного из водной системы составляет 0.6 масс.%, а из реакционной смеси — 0.3 масс.%. Этот продукт может найти широкое применение при получении органоминеральных, наноструктурированных композиционных материалов [33,34].

Из нижней фазы может быть получен безводный формиат натрия путем изотермической кристаллизации или кристаллогидрат путем политермической кристаллизации.

На основании выполненных исследований предложена принципиальная схема получения неопентилгликоля и формиата натрия путем кристаллизации (рис. 28).

Заключение

Лабораторные эксперименты позволили установить ряд особенностей предлагаемого процесса:

  • 1. Теоретически при упаривании органической фазы и после добавления метанола в осадок должны выпадать как формиат натрия, так и неопентилгликоль, однако эксперимент показал, что неопентилгликоль не выпадает в осадок, а остается в растворе, поскольку это вещество склонно к образованию пересыщенных растворов, что снижает его потери в процессе.
  • 2. Разделение двух жидких фаз происходит значительно быстрее при повышении температуры до 35−45°C.
  • 3. Маточные растворы, которые остаются после выделения неопентилгликоля и формиата натрия можно возвращать в голову процесса на стадию упаривания. Возврат маточных растворов не влияет на выход неопентилгликоля.
Принципиальная технологическая схема получения НПГ и формиата натрия.

Рис. 28 Принципиальная технологическая схема получения НПГ и формиата натрия

  • 1. Berlow, E. The pentaerythritols. N.Y.: Reinhold Publ. Corp., 1958. 387 p.
  • 2. Рудковский, Д. М. Многоатомные спирты. Л.: Химия, 1972. 168 с.
  • 3. Викторов, М. М. Графические расчеты в технологии неорганических веществ — 3-е изд., перер. и доп. Л.: Химия, 1972. 464 с.
  • 4. Котельникова, М.В. Физико-химические основы процессов извлечения неопентилгликоля из водно-органических смесей. Дис… канд. хим.наук. Пермь, 2010. 131 с.
  • 5. Губина (Котельникова), М.В. Физико-химические основы выделения неопентилгликоля из реакционной смеси // Отчетная научная конференция студентов и аспирантов Пермского государственного университета: материалы конф. Пермь: издательство ПГУ, апрель 2003. С. 17.
  • 6. Котельникова, М.В. Физико-химические основы процесса кристаллизации неопентилгликоля из водно-органических смесей // Студент и научнотехнический прогресс: материалы XLIII международной научной студенческой конференции. Новосибирск, 2005. С. 87−88.
  • 7. Котельникова, М.В. Физико-химические основы процессов выделения неопентилгликоля и формиата натрия из водно-органических смесей // Проблемы химия и экология: тезисы докладов областной конференции студентов и молодых ученых. Пермь, 2005. С. 21−22.
  • 8. Котельникова, М.В. Физико-химические основы процессов кристаллизации полиолов. Экологический аспект // Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов: тезисы докладов Международной научной конференции. ФГНУ «ЕНИ» и др. Пермь, 2005. С. 43−44.
  • 9. Кудряшова, О.С. Физико-химический анализ — теоретическая основа энергосберегающих и экологически мягких химических технологий // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование: сб. тр. Санкт — Петербург, 2005. С. 130−131.
  • 10. Котельникова, М.В. Физико-химические основы процессов разделения веществ в водно-органических системах // XV международная конференция по химической термодинамике в России. — Москва, 2005. — С. 18.
  • 11. Самохвалов, И. И. Оптимизация процессов кристаллизации дипентаэритрита и неопентилгликоля на основе диаграмм растворимости многокомпонентных систем // Актуальные проблемы химической науки, практики и образования. Курск, 2009. С. 234−236.
  • 12. CAS 126−30−7. Neopentyl Glycol (Neo). Data Sheet. — Perstorp Specialty Chemicals. inchem.org/documents/sids/sids/126 307.pdf
  • 13. ТУ 2432−011−203 803−98. Натрий муравьинокислый (натрия формиат) HCOONa. — Предприятие-изготовитель: ОАО «Метафракс». metafrax.ru/ru/product-list/natriy-formiat/
  • 14. ГОСТ 6709–72. Вода дистиллированная. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2007. 11 с.
  • 15. ГОСТ 8981–78. Эфиры этиловый и нормальный бутиловый уксусной кислоты технические. Технические условия. 18 с.
  • 16. ГОСТ 2222–95. Метанол технический. Технические условия. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. 19 с.
  • 17. Никурашина, Н. И. Метод сечений. Приложение его к изучению многофазного состояния многокомпонентных систем. Саратов: Саратовский ун-т, 1969. 122 с.
  • 18. Мерцлин, Р. В. Приложение метода сечений к определению равновесий в трехкомпонентных системах с твердыми фазами // Журн. общей химии. 1940. Т. 10. Вып. 22. С. 1999;2004.
  • 19. Журавлев, Е. Ф. Изучение растворимости в водно-солевых системах графоаналитическим методом сечений // Журн. неорганической химии. 1960. Т. 5. Вып. 11. С. 2630−2637.
  • 20. Иоффе, Б. В. Рефрактометрические методы химии — 3-е изд. Л.: Химия, 1983. 350 с.
  • 21. ГОСТ 9286–89 Пентаэритрит технический. Технические условия — М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998. 12 с.
  • 22. Кудряшова, О. С. Изучение растворимости в многокомпонентных системах, содержащих неопентилгликоль и органические растворители // Химия и химическое образование: сб. тр. 3-го международного симпозиума. — Владивосток: Дальневосточный университет, 2003. С. 152−154.
  • 23. Губина (Котельникова), М. В. Изучение растворимости в многокомпонентных системах, содержащих неопентилгликоль и органические растворители // Химия и экология: тезисы докладов областной конференции студентов и молодых ученых. Пермь, 2003, с. 47−48.
  • 24. Трейбал, Р. Жидкостная экстракция / Перевод с англ. Ю. Н. Ковалева, В. Г. Труханова, под ред. С. З. Кагана. М.: Химия, 1966. 724 с.
  • 25. Ильин. К. К. Топология фазовых диаграмм трехи четырехкомпонентных систем с равновесиями конденсированных фаз: дис. … докт. хим. наук: 02.00.04 / Константин Кузьмич Ильин. Саратов, 2000. 383 с.
  • 26. Мерцлин, Р.В. О кристаллизации тройных систем с двумя двойными расслаиваниями // Изв. Сектора ФХА ИОНХ. 1949. Т. 18. С. 33−59.
  • 27. Котельникова, М. В. Растворимость систем неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода // Ж. физ. Химии, 2006. Т. 80, Вып. 11. С. 1−6.
  • 28. Губина (Котельникова), М. В. Изучение растворимости в многокомпонентных системах, содержащих неопентилгликоль и метанол // Молодежная наука Прикамья: сб. науч. тр. — Пермь: ПГТУ, 2004. С. 71−75.
  • 29. Губина (Котельникова), М. В. Изучение растворимости в многокомпонентных системах, содержащих неопентилгликоль и метанол // Проблемы химия и экология: тезисы докладов областной конференции студентов и молодых ученых. Пермь, 2004. С. 51−52.
  • 30. Губина (Котельникова), М. В. Изучение растворимости в системе неопентилгликоль — формиат натрия — метанол — вода // Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах: тезисы докладов Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов. Краснодар: издательство Просвещение. Юг, 2004. Т. 2. С. 133.
  • 31. Котельникова, М. В. Изучение влияния технологических примесей и метанола на процесс кристаллизации неопентилгликоля и его чистоту // Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тезисы докладов XV Российской студенческой научной конференции, посвященной 85-летию Уральского государственного университета им. А. М. Горького. — Екатеринбург, 2005. С. 339.
Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой