СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЙОДИДА КАЛИЯ Российский патент 2003 года по МПК C01B9/06 C01D3/12 

Изобретение касается технологии соединений йода, а точнее относится к способу получения йодида калия.

Изобретение найдет применение в фармацевтической промышленности при изготовлении лекарственных препаратов достаточно широкого спектра действия. В связи с указанным применением йодида калия, к этому продукту предъявляются достаточно жесткие требования по содержанию примесей, а именно получаемый йодид калия не должен содержать сульфаты - более 0,01 мас.%, тяжелые металлы - не более 0,001 мас.%, железо - не более 0,001 мас.%, мышьяк - не более 0,0001 мас.%, массовая доля йодида калия должна составлять не менее 99,5%.

Известен способ получения йодида калия, включающий синтезирование в среде реакционной массы целевого продукта путем взаимодействия йода с гидроперекисью калия, для чего к раствору йода в иодиде калия при перемешивании и охлаждении прибавляют щелочной раствор пероксида водорода, имеющий температуру 8-10^oС. Температуру реакционной массы поддерживают на уровне 20^oС. В процессе синтезирования целевого продукта в реакционную массу неоднократно вводят новые порции раствора йода в иодиде калия и щелочной раствор пероксида водорода до достижения в реакционной массе содержания целевого продукта в количестве 550 кг/куб.м. Согласно известному способу, в процессе синтезирования около 60% образованного целевого продукта используют для образования исходного раствора йода в иодиде калия.

Реакционную массу с образованным йодидом калия далее очищают от примесей - солей магния, железа, сульфатов, для чего, в частности, используют очищенные от загрязнений железные стружки, гидрооксид бария, осуществление нагрева реакционной массы до кипения, обеспечивающий коагуляцию гидроксида железа. Обработанную указанным образом реакционную массу фильтруют и концентрируют, для чего подвергают ее частичному упариванию под вакуумом 0,06-0,08 мПа/куб. см при температуре 100-120^oС, далее снова фильтруют и подвергают полному упариванию при температуре 80-90^oС до насыщения реакционной массы по содержанию йодида калия, реакционную массу охлаждают до выпадения в осадок кристаллов целевого продукта. Образовавшиеся кристаллы йодида калия отделяют от маточного раствора и сушат до влажности 20% во взвешенном слое при 160-170^oС (В.И. Ксезенко, Д.С. Стасиневич "Химия и технология брома, йода и их соединений", Москва, "Химия", 1995, с. 396-397).

Для увеличения содержания основного вещества в полученном продукте применяют известный прием, заключающийся в том, что первоначально высушенную соль - йодид калия растворяют в дистиллированной воде, затем полученный раствор подвергают упариванию до насыщения, охлаждению, после чего отделяют от маточного раствора кристаллы целевого продукта и подвергают их сушке до содержания основного вещества не менее 98%.

Как видно из вышесказанного, известная технология получения йодида калия многостадийна и основана на использовании насыщенного по целевому продукту исходного реагента, а также на осуществлении многократной перекристаллизации реакционной массы, содержащей целевой продукт. При этом энерго- и трудозатраты значительно удорожают себестоимость получаемого вещества.

В основу заявляемого изобретения положена задача создать такой способ получения йодида калия, который обеспечивал бы высокий выход целевого продукта за более короткий технологический цикл при снижении энерго- и трудозатрат на получение целевого продукта.

Эта задача решается при использовании способа получения йодида калия, включающего химическое взаимодействие йодсодержащего реагента с гидроперекисью калия с образованием в реакционной массе целевого продукта, выделение из реакционной массы растворенных примесей, упаривание реакционной массы, обеспечивающее кристаллизацию целевого продукта в реакционной массе, выделение из реакционной массы кристаллизованного йодида калия, в котором, согласно изобретению, в качестве йодсодержащего реагента используют водную суспензию йода, химическое взаимодействие водной суспензии йода с гидроперекисью калия осуществляют до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода, равной 400-600 г/л, а упаривание реакционной массы осуществляют в две стадии, на первой из которой упариванию подвергают непосредственно реакционную массу, образовавшуюся при указанном химическом взаимодействии, и ведут его до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода, равной 900-950 г/л, а на второй стадии упаривание реакционной массы осуществляют до достижения в ней концентрации по ионам йода, равной 2000-2500 г/л, при этом выделение растворенных примесей проводят после осуществления первой стадии упаривания.

Благодаря изобретению достигнута возможность повышения выхода целевого продукта за более короткий технологический цикл при снижении энерго- и трудозатрат на получение целевого продукта.

Согласно изобретению, целесообразно выделение растворенных сульфатсодержащих примесей осуществлять при использовании гидроксида бария и фильтрования реакционной массы.

Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из последующего подробного описания способа получения иодида калия.

Заявляемый способ получения иодида калия (KJ) основан на перекисном методе и позволяет образовывать реакционную массу, содержащую целевой продукт, и не содержащую йодаты.

Заявляемый способ получения иодида калия включает химическое взаимодействие водной суспензии йода с гидроперекисью калия (КООН), при этом образование в реакционной массе целевого продукта осуществляется по следующей химической схеме:
2КОН+Н₂О₂=КООН+КОН+Н₂О
J₂+КООН+КОН=2KJ+2Н₂О+О₂
Суммарная реакция образования иодида калия:
J₂+2КОН+Н₂O₂=2KJ+2Н₂O+O₂
Одновременно при взаимодействии йода со щелочью образуются промежуточные соединения - гипойодиты, из которых образуются йодаты:
2КОН+J₂=KJO+KJ+Н₂О
3KJO=КJO₃+2KJ
В присутствии перекиси водорода гипойодит калия восстанавливается до йодида калия по реакции:
KJO+Н₂О₂=KJ+Н₂О+O₂
Перекись водорода в щелочной среде малоустойчива и медленно разлагается по уравнению
2Н₂O₂=2Н₂O+O₂+23,4 Кал
Согласно изобретению, химическое взаимодействие водной суспензии йода с гидроперекисью калия (КООН), обеспечивающее синтез целевого йодида калия, осуществляют до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода, равной 400-600 г/л.

Полученную реакционную массу непосредственно в объеме, где осуществлялся синтез целевого йодида калия, подвергают частичному концентрированию - первая стадия упаривания. Первую стадию упаривания осуществляют преимущество под вакуумом 0,06 МПа и температуре 105-110^oС до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода (J^-), равной 900-950 г/л. При этом достигают концентрированию всех присутствующих в реакционной массе веществ, в том числе солей магния, железа и сульфатов, представляющих собой примеси, и целевого йодида калия. Так как соли магния, железа и сульфаты являются малорастворимыми веществами, происходит частичное выпадение их в осадок. Целевой йодид калия, являясь хорошо растворимым соединением (растворимость от 2000 г/л), сохраняется в реакционной массе при указанных условиях в растворенном состоянии.

Таким образом, согласно изобретению, упаривание на первой стадии обеспечивает частичное выделение примесей.

Как указано выше, упаривание на первой стадии ведут до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода (J^-), равной 900-950 г/л, что обеспечивает, на фоне частичного выпадения в осадок примесей, сохранение целевого продукта в растворенном виде.

Образующийся при упаривании конденсат может быть использован для приготовления исходной водной суспензии йода.

Далее по существу еще раз проводят выделение из реакционной массы растворенных примесей, для чего в реакционную массу вводят гидроксид бария, осуществляют нагревание реакционной массы до температуры 50-80^oС, осаждают присутствующие сульфаты и проводят отстаивание. Очищенную от сульфатов реакционную массу далее очищают от щелочноземельных и тяжелых металлов путем введения карбоната калия и нагревания реакционной массы до температуры 50-80^oС.

Далее очищенную и охлажденную реакционную массу подвергают фильтрации, благодаря чему отделяют кристаллизованные и выпавшие в осадок примеси.

Очищенную от примесей реакционную массу подвергают упариванию (вторая стадия) не более, чем на 50% с достижением в ней концентрации по ионам йода, равной 2000-2500 г/л. Преимущественно упаривание осуществляют при вакууме не менее 0,4 кг/кв. см и температуре не менее 70^oС. В указанных условиях происходит образование кристаллов целевого продукта - йодида калия.

Образующийся при упаривании конденсат может быть использован для приготовления исходной водной суспензии йода.

По окончании упаривания массу охлаждают до 20-25^oС, при этом происходит полная кристаллизация йодида калия. Кристаллы йодида калия отделяют фильтрованием от маточного раствора и проводят их сушку до достижения массовой доли йодида калия в веществе не менее 99,5%.

Получаемый йодид калия содержит сульфаты в количестве не более 0,01 мас. %, тяжелые металлы - в количестве не более 0,001 мас.%, железо - в количестве не более 0,001 мас.%, мышьяк - в количестве не более 0,0001 маc.%.

Заявляемый способ обеспечивает повышение выхода целевого продукта за более короткий технологический цикл при снижении энерго- и трудозатрат на получение целевого продукта, так как предусматривает возможность осуществления всего процесса на минимальных производственных площадях при использовании двух-трех реакционных емкостей.

Пример
1. Приготовление раствора гидроксида калия
В реактор вводят 450 л конденсата и порциями при перемешивании добавляют 109 кг 90%-ного калия гидроксида до достижения концентрации раствора гидроксида калия - 200-250 г/л.

2. Приготовление раствора гидроперекиси калия
В реактор с приготовленным раствором гидроксида калия при перемешивании вводят перекись водорода, взятую с 30%-ным избытком от стехиометрии.

3. Приготовление суспензии йода
В реактор, содержащий 250 литров воды или конденсата, при перемешивании вводят 220 кг мелкокристаллического йода.

4. Синтез калия йодида
В реактор, содержащий приготовленную суспензию йода (470 кг), при перемешивании вводят раствор гидроперекиси калия (650 кг). После окончания взаимодействия реагентов, определяемого по изменению цвета реакционной массы от буро-коричневого до оранжево-желтого, аналитически определяют массовую концентрацию йодида и концентрацию ионов йода, которая составляет 400-600 г/л.

5. Первая стадия упаривания
Содержимое реактора, используемого для синтеза калия йодида, нагревают до кипения и упаривают под вакуумом 0,06 МПа и температуре 105-110^oС в течение 16 часов до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода, равной 900-950 г/л. Наблюдают частичное выпадение в осадок малорастворимых веществ - примесей, присутствующих в реакционной массе.

Образующийся в процессе упаривания конденсат собирают в вакуум-сборнике, откуда направляют на стадию "Приготовление суспензии йода".

Упаренную реакционную массу проверяют на наличие сульфатов. При положительном результате в реактор порциями вводят гидроксид бария. Реакционную массу перемешивают сжатым воздухом. Для полноты осаждения сульфата бария осуществляют нагревание до температуры 50-80^oС. Реакционную массу затем отстаивают.

Очищенную от сульфатов реакционную массу далее очищают от щелочноземельных и тяжелых металлов путем осаждения трудно растворимых осадков карбонатов при добавлении порциями карбоната калия. Процесс ведут при температуре 50-80^oС и постоянном перемешивании. Реакционную массу затем отстаивают.

Очищенную от названных примесей и охлажденную реакционную массу подвергают фильтрации на фильтре. В качестве фильтрующего материала используют два слоя фильтровальной бумаги.

Отфильтрованную реакционную массу затем направляют в выпарной аппарат для осуществления второй стадии упаривания. Упаривание осуществляют в вакуум-выпарном аппарате при разряжении 0,06 МПа и температуре 110-118^oС.

К выпариваемой реакционной массе прибавляют маточный раствор предыдущего синтеза целевого продукта.

Упаривание реакционной массы осуществляют до достижения в ней концентрации по ионам йода, равной 2000-2500 г/л, при этом наблюдают за появлением пленки кристаллов целевого продукта на поверхности реакционной массы.

Образующийся в процессе упаривания конденсат собирают в вакуум-сборнике, откуда направляют на стадию "Приготовление суспензии йода".

По окончании упаривания содержимое выпарного аппарата охлаждают при постоянном перемешивании, в результате чего обеспечивают полную кристаллизацию йодида калия.

После отделения маточного раствора от образовавшихся кристаллов йодида калия, последний перегружают на нунч-фильтр с целью более полного отделения маточного раствора и первичной просушки целевого продукта.

Маточный раствор собирают в вакуум-сборник, откуда его направляют на вторую стадию упаривания.

Целевой продукт после первичной просушки помещают в вакуум-сушильный шкаф. Сушку осуществляют при температуре 70-90^oС с периодическим ворошением продукта.

Высушенный продукт (275 кг) содержит йодид калия в количестве не менее 99,5%, сульфаты - в количестве не более 0,01 мас.%, тяжелые металлы - в количестве не более 0,001 мас.%, железо - в количестве не более 0,001 мас.%, мышьяк - в количестве не более 0,0001 мас.%.

Способ получения йодида калия включает химическое взаимодействие водной суспензии йода с гидроперекисью калия до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода, равной 400-600 г/л, двухстадийное упаривание реакционной массы. На первой стадии упариванию подвергают непосредственно реакционную массу, образовавшуюся при указанном химическом взаимодействии, и упаривание ведут до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода, равной 900-950 г/л, после чего осуществляют выделение из реакционной массы растворенных примесей. На второй стадии упаривание реакционной массы осуществляют до достижения в ней концентрации по ионам йода, равной 2000-2500 г/л, обеспечивающее кристаллизацию целевого продукта в реакционной массе. Кристаллизованный иодид калия выделяют из реакционной массы. Способ согласно изобретению обеспечивает высокий выход целевого продукта за более короткий технологический цикл при снижении энерго- и трудозатрат на получение продукта. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения йодида калия, включающий химическое взаимодействие йодсодержащего реагента с гидроперекисью калия с образованием в реакционной массе целевого продукта, выделение из реакционной массы растворенных примесей, упаривание реакционной массы, обеспечивающее кристаллизацию целевого продукта в реакционной массе, выделение из реакционной массы кристаллизованного йодида калия, отличающийся тем, что в качестве йодсодержащего реагента используют водную суспензию йода, химическое взаимодействие водной суспензии йода с гидроперекисью калия осуществляют до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода, равной 400-600 г/л, а упаривание реакционной массы осуществляют в две стадии, на первой из которых упариванию подвергают непосредственно реакционную массу, образовавшуюся при указанном химическом взаимодействии, и ведут его до достижения в реакционной массе концентрации по ионам йода, равной 900-950 г/л, а на второй стадии упаривание реакционной массы осуществляют до достижения в ней концентрации по ионам йода, равной 2000-2500 г/л, при этом выделение растворенных примесей проводят после осуществления первой стадии упаривания. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение растворенных примесей осуществляют при использовании гидроксида бария путем фильтрования реакционной массы.