СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОГО РАСТВОРА УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2005 года по МПК C07C53/08 

Изобретение относится к области органической химии, в частности к получению водного раствора уксусной кислоты.

Известен способ получения водного раствора уксусной кислоты, описанный в «Технологической инструкции по производству столового уксуса» ТИ 10-0334585-3-94 с изменением №1 (1996 г), разработанной ВНИИ пищевой биотехнологии, г. Москва. Способ включает разогрев концентрированной уксусной кислоты вместе с емкостью в случае наличия твердой фазы до 45-50°С способом, исключающим непосредственный контакт с теплоносителем, например, с помощью парогенератора (пар подается в полурубашку цистерны). Далее перекачивают уксусную кислоту в рабочие емкости, а затем в реактор, заполненный водой, добавляют из рабочих емкостей концентрированную уксусную кислоту до получения раствора нужной концентрации (с.5 изменения №1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения водного раствора уксусной кислоты, описанный в «Инструкции по технике безопасности, пожарной безопасности, промсанитарии при обслуживании узла приема уксусной кислоты» ТБ-УФК-10-02, разработанной ООО «СибПромХим», Новосибирск, 2002 г. (с.2). Способ включает заполнение цистерны с концентрированной уксусной кислотой расчетным количеством воды и перекачивание полученного раствора в рабочие емкости.

Недостатками описанных выше способов являются следующие:

- высокая пожароопасность (температура вспышки паров составляет 38°С, давление насыщенного пара при 45-50°С составляет 42-56 мм рт. ст.);

- высокая токсичность процесса (ПДК=5 мг/м³);

- возможность кристаллизации кислоты в трубопроводах и насосах, если температура окружающей среды ниже температуры кристаллизации кислоты (+16,7°С);

- десублимация уксусной кислоты на стенках емкости при температуре ниже температуры кристаллизации;

- длительность процесса, связанная с длительностью подачи большого количества воды.

Задачей изобретения является снижение пожароопасности технологического процесса и снижение концентрации паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения водного раствора уксусной кислоты, включающем наполнение водой емкости с исходным сырьем - концентрированной уксусной кислотой, согласно изобретению, воду для заполнения берут в количестве, требуемом для получения полугидрата уксусной кислоты, затем в другую емкость заливают воду в таком количестве, чтобы из полученного в первой емкости полугидрата получить 72-80%-ный раствор уксусной кислоты, скачивают полугидрат из первой емкости во вторую в таком количестве, чтобы получить 17-50%-ный раствор уксусной кислоты, перемешивают полученный раствор в течение 5-7 минут, отбирают пробу на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50%, снова скачивают полугидрат из первой емкости во вторую под слой жидкости до ее заполнения и перемешивают нижний слой раствора в течение 1-5 минут, отбирают пробу с верхнего слоя на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50% и с нижнего слоя на соответствие диапазону 72-80%, далее скачивают нижний слой в количестве, равном количеству полугидрата, загруженного на второй стадии.

Такой способ позволяет проводить процесс получения целевого продукта - раствора уксусной кислоты с концентрацией 72-80% под слоем «водяной подушки», в которой уксусная кислота находится в мономерной форме, что обуславливает отсутствие пожароопасности и низкое парциальное давление уксусной кислоты в насыщенных парах.

На чертеже изображена зависимость отношения парциального давления уксусной кислоты над ее водными растворами к давлению над 100%-ной уксусной кислотой.

Уксусная кислота в водном растворе димеризована во всем диапазоне концентраций. Раствор уксусной кислоты с концентрацией основного вещества 17-50% после перемешивания насосом производительностью 5 м³/ч представляет собой мономерные молекулы уксусной кислоты, с гидратной оболочкой, содержащей от 6 до 30 молекул воды на молекулу димера. Раствор полугидрата уксусной кислоты представляет собой полимерные цепи [2СН₃СООН·Н₂О]_n, причем роль растворителя играет свободная уксусная кислота. Конечный продукт с концентрацией 72-80% представляет собой полимерные цепи [2СН₃СООН·Н₂O]_n, растворителем для которых служит или вода (С<78%), или уксусная кислота (78%>С>80%).

Эти три раствора имеют различные физико-химические свойства - плотность, вязкость, диэлектрическую проницаемость, электропроводность, температуру замерзания, константу диссоциации, температуру вспышки, давление насыщенного пара.

Раствор с концентрацией 17-50% резко отличается по физико-химическим свойствам как от полугидрата, так и от готового продукта и образует так называемую «водяную подушку», создающую безопасные условия проведения технологического процесса с точки зрения пожароопасности и токсичности.

В таблице 1 приведены физико-химические свойства «водяной подушки», полугидрата уксусной кислоты и готового продукта.

«Водяная подушка» имеет концентрацию 17-50%, именно в этом диапазоне максимальна концентрация димеров уксусной кислоты, наиболее прочно связанных с молекулами воды. Ниже 17% концентрация этих прочных образований резко падает. Выше 50% количество прочно связанных молекул Н₂О резко уменьшается. Кроме того, при концентрации выше 50% происходит резкое нарастание парциального давления паров уксусной кислоты над ее водными растворами.

Суть предлагаемого изобретения проиллюстрирована примерами.

Пример 1.

В исходную емкость, содержащую 51,6 т уксусной кислоты, Т=20°С, вводят 7,68 т воды и получают полугидрат. Во вторую емкость, представляющую собой прямоугольный параллелепипед с основанием площадью 2,85 м² и высотой 1,8 м подают 501,4 кг воды и скачивают из первой емкости 182,2 кг полугидрата с концентрацией уксусной кислоты 83,3%, перемешивают путем циркуляции в течение 5 минут. Это гарантированное время для получения мономерной уксусной кислоты. Отбирают пробу на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50%. Получают 683,3 кг раствора уксусной кислоты с массовой долей 22,2% - «водяную подушку». Под слой жидкости во вторую емкость скачивают 4191,0 кг полугидрата, перемешивают с помощью насоса нижний слой в течение 1 минуты. Это минимальное время, необходимое для гомогенизации нижнего слоя. Отбирают пробы с верхнего и нижнего слоев. Концентрация уксусной кислоты составляет 42,5% и 79,6%, соответственно. Через кран в нижней части емкости сливают нижний слой в количестве 4191 кг, контролируя его количество по уровнемеру.

Остальные примеры даны на различную концентрацию уксусной кислоты в «водяной подушке» и соответственно ей концентрацию полученного готового продукта. Данные примеров сведены в таблицу 2.

В полугидрате, полученном в первой емкости, в связи с отсутствием перемешивания и наличием твердой фазы концентрация уксусной кислоты может колебаться от 82% до 86,5%.

В примере 2 полугидрат имеет концентрацию уксусной кислоты 83%. Концентрация уксусной кислоты, полученной в «водяной подушке» 36,8%. После введения второй порции полугидрата и перемешивания раствора концентрация уксусной кислоты в верхнем и нижнем слое составляет 47,5% и 78,2%, соответственно. Сливают на хранение 4085,5 кг раствора. В примере 3 полугидрат имеет концентрацию СН₃СООН 85,7%. Концентрация уксусной кислоты в полученной «водяной подушке» равна 17,5%. После введения второй порции полугидрата и перемешивания нижнего слоя раствора концентрация уксусной кислоты в верхнем и нижнем слоях составляет 17,6% и 80,1%, соответственно. Сливают на хранение 4446,1 кг нижнего слоя.

В примере 4 полугидрат имеет концентрацию СН₃СООН 86,95%. Концентрация уксусной кислоты в «водяной подушке» равна 61,4%. После подачи второй порции полугидрата и перемешивания нижнего слоя раствора концентрация уксусной кислоты в верхнем и нижнем слое составляет 75,9% и 77,7%, соответственно. То есть, раствор уксусной кислоты, полученный на первой стадии, не выполняет роли «водяной подушки».

Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с известными являются следующие:

- низкая пожароопасность благодаря созданию «водяной подушки» во время проведения технологического процесса, что приводит к понижению давления насыщенных паров;

- низкая токсичность, связанная с низким парциальным давлением паров уксусной кислоты;

- улучшение условий труда из-за низкой токсичности и пожароопасности технологического процесса;

- упрощение технологической схемы в связи с отсутствием системы улавливания паров;

- сокращение длительности технологического процесса за счет подачи воды в две емкости.

Таблица 1№№ п/пФизико-химические свойстваЗначения для растворов уксусной кислоты в«водяной подушке»полугидратеготовом продукте1Массовая доля уксусной кислоты, %17-508772-802Относительная плотность, ρ²⁰ ₄1,0223-1,05751,06801,069-1,0703Вязкость, мПа·с, Т=20°С1,36-2,402,542,69-2,744Температура замерзания, °С(-5,5)-(-20,5)-0,4(-15,5)-(-8)5Давление насыщенного пара, Т=42°С, мм рт. ст.   5.1общее60-5751,054-52,55.2парциальное для уксусной кислоты2-5,52213,7-176Диэлектрическая проницаемость80-562033-277Константа диссоциации (pK_а)4,70-5,188,106,10-6,658Плотность паров кипящих водных растворов по воздуху (Р=760 мм рт.ст.)0,564-0.8301,7011,195-1,419Удельная электропроводность χ, Ом^-1·см^-1 (Т=18°С)16,1-7,4·10^-42,4·10^-62·10^-4-4·10^-510Температура вспышки, °Снет55,860-62,411Температура самовоспламенения, °С538477498-49012Температурные пределы распространения пламени, °С
нижний
верхний 
 
 
Heт
Нет 
 
 
64,2
84.3 
 
 
Нет-76
Нет-85

Таблица 2№№ примеров№№ стадий заполненияКоличество и состав сырья, загружаемого в емкость № 2Время циркуляции, минКоличество раствора после указанной стадии, кгАнализы пробПолучено конечного продуктаВода m, кгПолугидратслойС, % мас.m, кгС,%11501,4182,283,35683,6-22,24191,02 4191,083,314874,6верх42,5низ79,621398,6316,883,05715,4-36,84085,52 4085,583,014800,9верх47,5низ78,231775,7199,485,75975,1-17,54114,62 4114,685,715089,7верх17,6низ80,141211,8655,387,05867,1-61,4 2 4084,987,014952,0верх75,9низ77,7

Изобретение относится к органической химии, в частности к получению водного раствора уксусной кислоты. Способ включает следующие операции. Наполняют водой емкость с исходным сырьем в количестве, необходимом для получения полугидрата уксусной кислоты, затем в другую емкость соответственно ее объему заливают воду в таком количестве, чтобы из полученного в первой емкости полугидрата получился раствор 72-80%-ной уксусной кислоты. Скачивают полугидрат из первой емкости во вторую в таком количестве, чтобы получился 17-50%-ный раствор уксусной кислоты. Перемешивают полученный раствор в течение 5-7 минут. Отбирают пробу на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50%. Снова скачивают полугидрат из первой емкости во вторую под слой жидкости до ее заполнения. Перемешивают нижний слой раствора в течение 1-5 минут. Отбирают пробу с верхнего слоя на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50% и с нижнего слоя на соответствие диапазону 72-80%. Далее скачивают нижний слой в количестве, равном количеству полугидрата, загруженного на второй стадии. Технический результат - снижение пожароопасности технологического процесса и уменьшение концентрации паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны. 2 табл., 1 ил.

Способ получения водного раствора уксусной кислоты, включающий заполнение водой емкости с исходным сырьем - концентрированной уксусной кислотой, отличающийся тем, что воду для заполнения берут в количестве, требуемом для получения полугидрата уксусной кислоты, затем в другую емкость соответственно ее объему заливают воду в таком количестве, чтобы из полученного в первой емкости полугидрата получить 72-80%-ный раствор уксусной кислоты, скачивают из первой емкости во вторую такое количество полугидрата, чтобы получить 17-50%-ный раствор уксусной кислоты, перемешивают полученный раствор в течение 5-7 мин, отбирают пробу на соответствие массовой доли уксусной кислоты указанному диапазону, снова скачивают полугидрат из первой емкости во вторую под слой жидкости до заполнения второй емкости, перемешивают нижний слой раствора в течение 1-5 мин, отбирают пробу с верхнего слоя на соответствие массовой доли уксусной кислоты диапазону 17-50% и с нижнего слоя на соответствие диапазону 72-80%, далее скачивают нижний слой в количестве, равном количеству полугидрата, загруженного на второй стадии.