ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки

Непрерывной очистки технической сорбиновой кислоты от маслянистых органических примесей, включает растворение тех­нической сорбиновой кислоты в органиче­ском растворителе при нагревании, очистку активированным углем полученной смеси, кристаллизацию. Отличительной особенно­стью является то. что полученную смесь пе­ред стадией очистки активированным углем пропускают через слой пенополиуретана при температуре, меньшей температуры ки­пения смеси на 4-5°С. Предпочтительно в качестве растворителя технической сорбиновой кислоты используют воду и получен­ный раствор пропускают через слой пенополиуретана при температуре, не пре­вышающей 96-98°С.

Навеску технической сорбиновой кис­лоты смешивают с определенным количест­вом растворителя, растворяют в нем. нагревая до температуры, на 4-5°С мень­шей температуры кипения смеси. Нагретую смесь фильтруют при той же температура на обогреваемой воронке через фильтр из пенополиуретана, отбирают по 15-50 мл от­фильтрованного раствора на анализ. Затем к горячему раствору добавляют определен­ное количество активированного угля и пе­ремешивают, нагревая до температуры, на 4-5°С меньшей температуры кипения сме­си. Активированный уголь отделяют затем фильтрованием горячего раствора через фильтровальную бумагу на обогреваемой воронке. Профильтрованный раствор ох­лаждают до 16-20°С. отделяют фильтрова­нием выпавшие кристаллы, высушивают их под вакуумом при 60°С, определяют их тем­пературу правления и содержание в них кис­лых веществ. Отобранную при проведении опыта пробу раствора охлаждают до 16-20°С, отделяют фильтрованием выпавшие кристаллы, высушивают их под вакуумом при 60°С, определяют их температуру и содержание в них кислых веществ, масляни­стых и органических примесей.

При использовании в качестве растворителя дистиллированной воды и фильтрата суспензии технической сорбиновой кисло­ты температура нагрева смеси при раство­рении, смешении с активированным углем и отделении активированного угля составляет 96-98°С. при использовании этилового спирта - 75-78°С, при использовании аце­тона - 53-55°С.

Объем жидкости, подаваемой в опытах на смешение с 25 г технической сорбиновой кислоты с учетом растворимости сорбиновой кислоты в различных жидкостях, изме­няют от 150 до 1000 мл, ион составляет: для дистиллированной воды и фильтрата сус­пензии технической сорбиновой кислоты -1000 мл; для этилового спирта - 150 мл: для ацетона - 300 мл.

При растворении меньшей массы тех­нической сорбиновой кислоты (см. пример осуществления предлагаемого способа и известного способа) объем растворителя уменьшают пропорционально взятой наве­ске.

Суммарную концентрацию кислых ве­ществsx _КИСЛ. (мас.%) в кристаллах опреде­ляют, растворяя их навеску в этиловом спирте и титруя полученный раствор 0,1 н. растворомnaohв присутствии фенолфта­леина.

Концентрацию маслянистых примесей (Х _МАСЛ., мас.%) рассчитывают по формуле

_МАСЛ= 100 -s_кисл., мас.%.

Количество примесей, поглощенных фильтром, а также активированным углем находят по приращению их массы после проведения опыта.

В отдельных случаях часть исследуемо­го горячего раствора последовательно про­пускают через слой пенополиуретана для отделения остатков маслянистых приме­сей, а затем через слой активированного угля достаточно большой массы для полного извлечения органических примесей, опре­деляя затем их концентрацию по прираще­нию массы.

Концентрацию сорбиновой кислоты в кристаллах находят по формуле

_С.К.=е_КИСЛ. - _{ОРГ.ПРИМ.}, мас.%.

При проведении фильтрации техниче­ской сорбиновой кислоты, растворенной в воде или фильтрате, при 96-98°С установле­но следующее.

1. Маслянистые и органические приме­си неполностью задерживаются гидрофиль­ным фильтром (фильтровальной бумагой).

2. Гидрофобный фильтр (пенополиуретан) полностью задерживает маслянистые примеси и не задерживает остальные при­меси. Поглотительная способность пенополиуретана (a1) по маслянистым примесям составляет без проскока маслянистых примесей в фильтрат.

3. Активированный уголь,, также являю­щийся гидрофобным материалом, в первую очередь поглощает маслянистые примеси, причем поглотительная способность акти­вированного угля марки ОУ-А (а2) составляет .

Опыты по фильтрации горячей смеси че­рез слой пенополиуретана проведены при больших скоростях фильтруемой смеси (38-48 м ³/м ² • ч), малом сопротивлении фильт­ра, высокой степени очистки смеси от маслянистых примесей.

Поглотительная способность (а ₃) акти­вированного угля марки ОУ-А других приме­сей, содержащихся в растворе технической сорбиновой кислоты, равна

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.5г технической сорбиновой кислоты смешивают с 200 мл фильтрата сус­пензии технической сорбиновой кислоты» растворяют в нем, нагревая до 96-98°С. За­тем нагретую смесь фильтруют на обогрева­емой воронке через слой пенополиуретана массой 0.325 г. К горячему фильтрованному раствору добавляют 0,278 г активированно­го угля марки ОУ-А (5,56% от массы техниче­ской сорбиновой кислоты), перемешивают нагревая до 96-98°С. Затем отделяют акти­вированный уголь фильтрованием через фильтровальную бумагу на обогреваемой воронке. Профильтрованный раствор ох­лаждают до 16-20°С, отделяют фильтрова­нием выпавшие кристаллы, высушивают их под вакуумом при 60°С.

Результаты очистки технической сорби­новой кислоты по данному примеру пред­ставлены в табл. 1.

За степень чистоты принято отношение температуры плавления данной сорбиновой кислоты (смеси) к температуре плавления предельно чистой сорбиновой кислоты, взя­той по справочным данным

За эффективность очистки принята ве­личинаh_ЭФФ.вычисляемая по формуле

где t _пл.нач. - температура плавления вещест­ва до очистки, ^оС:

t _пл.кон. - температура, плавления веще­ства после очистки, ^оС:

t_пл.спр.= 135°С (для сорбиновой кисло­ты).

Пример 2. 5г технической сорбиновой кислоты смешивают с 200 мл. фильтрата сус­пензии технической сорбиновой кислоты. растворяют в нем, нагревая до 96-98°С. К горячему раствору добавляют 0,28 г активи­рованного угля марки ОУ-А (5,6% массы технической сорбиновой кислоты), пере­мешивают. нагревая до 96-98°С. Затем отделяют активированный уголь фильтро­ванием через фильтровальную бумагу на обогреваемой воронке. Профильтрованный раствор охлаждают до 16-20°С, отделяют фильтрованием выпавшие кристаллы, высу­шивают их под вакуумом при 60°С. Резуль­таты очистки технической сорбиновой кислоты по прототипу приведены в табл. 2.

Пример 3. 25 г технической сорбино­вой кислоты смешивают с 300 мл ацетона, растворяют , нагревая до 53-54°С. затем фильтруют на обогреваемой воронке через слой пенополиуретана массой 1,6 г. К горя­чему раствору добавляют 1.4 г активирован­ного угля ОУ-А. перемешивают 5 мин при температуре 53-54°С. отфильтровывают ак­тивированный уголь на обогреваемой во­ронке. Раствор охлаждают до 16-20°С, отфильтровывают высушенные кристаллы, высушивают их под вакуумом при 60°С.

Температура кипения данного раствора сорбиновой кислоты в ацетоне равна 57,4 ^оС. Результаты анализов представлены ниже:

1) Сорбиновая кислота до очистки. Масса 25 г. температура плавления 121°С. концентрация кислых веществ 87,4%, концентрация маслянистых примесей12.4%.

2) Сорбиновая кислота после пропуска­ния раствора через пенополиуретан.

Масса 21.9 г, температура плавления 129,5°С. концентрация кислых веществ 99,78%. маслянистых веществ не обнаруже­но. концентрация органических примесей 5.9%.

3) Сорбиновая кислота после обработки активированным углем..

Масса 20.9 г. температура плавления 132.5°С, концентрация кислых веществ 99,77%.

П р и м е р 4. 25 г технической сорбино­вой кислоты смешивают со 150 мл этилового спирта, растворяют, нагревая до 75-76°С. Температура кипения данного раствора сорбинооой кислоты в этиловом спирте рав­на 79,8°С. Далее по описанной выше мето-дике раствор фильтруют через слом пенополиуретана массой 1.6 г, обрабатыва­ют активированным углем массой 1,4 г и выделяют кристаллы сорбиновой кислоты. Результаты анализов представлены ниже:

1) Сорбиновая кислота до очистки. Масса 25 г, температура плавления 121°С, концентрация кислых веществ 87,4%. концентрация маслянистых приме­сей 12,4%, концентрация органических при­месей 6,0%.

2) Сорбиновая кислота после пропуска­ния раствора через слой пенополиуретана.

Масса 21.8 г, температура плавления 129,6°С, концентрация кислых веществ 99,77%, концентрация органических приме­сей 6,85%.

3) Сорбиновая кислота после обработки активированным углем.

Масса 20.9 г, температура плавления 132,4°С, концентрация кислых веществ 99.78%.

Сравнение данного способа (табл. 1) и прототипа (табл. 2) показывает следующее:

1. При большой концентрации масляни­стых примесей (12,36% масс) в исходной технической сорбиновой кислоте, полученной в условиях прототипа, этот известный способ не обеспечивает необходимой степени очистки сорбиновой кислоты. Так тем­пература плавления сорбиновой кислоты а результате очистки по известному способу увеличилась от 121,0 ^оС до 126,8 ^оС, которая намного меньше температуры плавления 130.6°С, требуемой для очищенной сорбиновой кислоты по техническим условиям. .Концентрация кислых веществ увеличилась в результате очистки от 87,44% до 95,73 мас. %, что намного ниже концентрации 99,4 мас.%. требуемой для очищенной сорбино-вой кислоты по техническим условиям.

2. Данный способ обеспечивает высо­кую степень чистогы сорбиновой кислоты после очистки и при большой концентрации маслянистых примесей (12,36 мас.%) в ис­ходной технической сорбиновой кислоте. Так температура плавления сорбиновой кислоты в результате очистки по данному способу увеличивается от 121,0 до 132.5°С, что намного превышает 130,6°С, температу­ру плавления очищенной сорбиновой кисло­ты, требуемую по техническим условиям. Концентрация кислых веществ увеличивает­ся в результате очистки от 87,44 до 99,77 мас.% и не только достигает, но и превышает концентрацию, требуемую по техниче­ским условиям (99.4 мае. %).

3. При использовании данного способа достигается большая степень чистоты очи­щенной сорбиновой кислоты. Так при ис­пользовании данного способа степень чистоты сорбиновой хислоты увеличивается от 0,8962 до 0,9815. а при использовании прототипа - от 0,8962 до 0,9393.

4. При использовании данного способа достигается большая эффективность очист­ки. Так при использовании данного способа эффективность очистки составляет 0,8214, примерно в 2 раза превышает эффектив­ность очистки по прототипу, равную 0,4142.

Таким образом проведенные экспери­менты подтверждают ббльшую эффектив­ность данного способа по сравнению с прототипом.

В данном способе в качестве жидкости, используемой для растворения технической сорбиновой кислоты с целью ее последую­щей очистки, можно использовать воду, аце­тон, этиловый спирт, изопропиловый спирт и другие жидкости, в которых сорбиновая кислота хорошо растворима, особенно при высокой температуре, а маслянистые (непо­лярные) примеси малорастворимы или не­растворимы.

Обоснование температурного предела смеси, пропускаемой через слой пенополиуретана.

Проведение фильтрации при предельно высокой температуре фильтруемой смеси наиболее выгодно, так как требует наимень­ших энергетических затрат на перемещение жидкости в порах фильтра из-за наимень­шей вязкости фильтрата, обеспечивает вы­сокую степень очистки из-за наибольшего коэффициент диффузии, требует наимень­шего расхода жидкости, используемой для растворения примесей или очищаемого ве­щества.

Маслянистые примеси при температу­ре. близкой к температуре кипения фильтру­емой смеси, находятся в капельно-жидком состоянии, имеют наименьшую вязкость, наибольший коэффициент смачивания и на­ибольший коэффициент диффузии из ядра потока к поверхности фильтрующего мате­риала. Указанные факторы обеспечивают наибольшую скорость подвода их к поверх­ности фильтрующего материала, равномер­ное распределение по поверхности пор фильтрующего материала наиболее полное их заполнение, что существенно повышает поглотительную способность данного фильтрующего материала (пенополиуретана) по маслянистым примесям, степень чистоты и эффективность очистки.

Поэтому в предлагаемом способе пол­ученную смесь пропускают через слой пе-нополиуретана при температуре, на 4-5°С меньшей температуры кипения смеси.

Так. например, техническую сорбиновую кислоту, растворенную в воде, (смесь) пропускают через слой пенололиуретана при 96-98°С, растворенную в этиловом спирте - при 75~78°С, в ацетоне - при 53-55°С.

В указанном интервале температур сме­си, пропускаемой через пенополиуретан. интенсивного парообразования не наблю­дается, а эффективность очистки и степень чистоты очищенной сорбиновой кислоты максимальны.

Превышение температуры пропускае­мой смеси свыше указанной приведет к уси­лению парообразования вплоть до кипения, закупорке пор пенополиуретана паром, что делает невозможным нормальное проведе­ние процесса фильтрования, снижает эф­фективность очистки и степень чистоты очищенной сорбиновой кислоты.

При уменьшении температуры пропу­скаемой смеси ниже указанной увеличива­ется расход жидкости на растворении технической сорбиновой кислоты, возраста­ет скорость движения фильтрата в порах пенополиуретана. уменьшаются коэффици­енты смачивания и диффузии, увеличивает­ся вязкость смеси, что приводит не только к увеличению материальных и энергетиче­ских затрат, но и к уменьшению эффектив­ности очистки и степени чистоты очищенной сорбиновой кислоты.

Таблица 1

Примечания к табл. 1:

1) Степень чистоты технической сорбиновой кислоты до очистки (т^о) равна 0.8962, а после очистки по данному способу (m4*) равна 0,9815.

2) Эффективность очистки по данному способу (h*эфф) равна 0.8214.

Т а б л и ц а 2