СПОСОБ СИНТЕЗА п-НИТРОЗОФЕНОЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ п-НИТРОЗОФЕНОЛА ЭТИМ СПОСОБОМ Российский патент 2024 года по МПК C07C201/00 C07C207/04 C07C201/16 

Область техники

Настоящее изобретение относится к органической химии, в частности, к способу получения п-нитрозофенола нитрозированием фенола.

Уровень техники

п-нитрозофенол является ценным полупродуктом органического синтеза и может быть использован для получения п-аминофенола, который является сырьём для получения парацетамола.

п-нитрозофенол является хорошей альтернативой п-нитрофенолу, из которого также может быть получен п-аминофенол, поскольку нитрозирование фенола протекает более селективно без образования примеси орто-изомера, в отличие от реакции нитрования фенола.

Из патента US5414148 известен способ получения п-нитрозофенола из фенола, в котором в качестве нитрозирующих реагентов используют растворы азотистой кислоты, нитриты, нитрозилсульфаты, оксиды азота II, III, IV. Исходную нитрозирующую смесь получают путем смешивания серной кислоты и нитрита натрия при пониженной температуре до добавления фенола и проведения реакции нитрозирования. Фенол для реакции нитрозирования подают в реактор в виде расплава или водного раствора с массовой долей фенола от 60 до 90%. Серную кислоту и нитрит натрия подают также в виде водных растворов.

Недостатком является то, что из-за нестабильности нитрозирующего раствора и местных перегревов в реакционной массе реакция нитрозирования протекает не селективно, с образованием большого количества смол.

Из патента EP2975018 известно использование N₂O₃ и N₂O₄ в качестве нитрозирующих агентов.

Поскольку газы N₂O₃ и N₂O₄ являются агрессивными газами, основным недостатком данного способа является сложность в работе с ними при переходе на большие загрузки реагентов в производственных масштабах.

Из патента US3320324 известен способ получения п-нитрозофенола, в котором водные растворы нитрита натрия, фенола и минеральной кислоты непрерывно смешивают при быстром перемешивании в пропорциях химически эквивалентных от 1,2 до 1,5:1:1,2 до 2,1, предпочтительно от 1,2 до 1,4:1:1,2-1,4 для образования п-нитрозофенола в водной реакционной среде, содержащей раствор натриевой соли указанной минеральной кислоты с рН ниже 5, насыщенный п-нитрозофенолом, при температуре в диапазоне 0-15°С, с такой скоростью, при которой рН поддерживается ниже 5, и фенол образует однофазный раствор с указанной реакционной средой, в результате чего образуется взвесь кристаллического п-нитрозофенола, из которой п-нитрозофенол непрерывно отделяется в виде кристаллов, свободных от маточного раствора. Кристаллический п-нитрозофенол отделяют от маточного раствора любым подходящим способом, например, фильтрованием, или удаляют суспензию, а маточный раствор по меньшей мере частично возвращают в реакционную камеру.

Недостатком вышеуказанного способа является сложность в получении целевого продукта - п-нитрозофенола и полезного продукта - сульфата натрия.

Из патента РФ №2762969, который может быть выбрать в качестве ближайшего аналога заявленного изобретения, известен способ непрерывного синтеза 4-нитрозофенола, в котором:

а) - готовят реакционную смесь путем смешения в турбулентном смесителе без доступа воздуха следующих компонентов:

- жидкая смесь воды и фенола при температуре от 20°С и выше, содержащая 92,2 мас. % фенола С₆Н₅ОН и 7,8 мас. % воды Н₂О,

- 75÷85 мас. % раствор серной кислоты H₂SO₄,

оборотный раствор, содержащий нитрит натрия NaNO₂ и подаваемый со стадии (к),

причем общее количество NaNO₂ в указанном подаваемом оборотном растворе составляет 3,0÷4,0 моль NaNO₂ в расчете на 1 моль подаваемого С₆Н₅ОН, и

количество H₂SO₄ составляет 0,7÷0,9 моль в расчете на 1 моль подаваемого С₆Н₅ОН;

б) реакционную смесь, полученную на стадии (а), подают в реактор,

в) проводят нитрозирование фенола в реакторе в атмосфере инертного газа при избыточном давлении инертного газа 20÷50 кПа, температуре 0÷5°С и рН=3,9÷4,4;

г) образовавшуюся в ходе нитрозирования фенола на стадии (в) суспензию, содержащую кристаллы 4-нитрозофенола в маточном растворе, непрерывно подают в восходящий поток очищенной, обескислороженной и охлажденной до 0÷5°С воды, в котором кристаллы 4-нитрозофенола отмываются от окклюдированных примесей; отмытые кристаллы 4-нитрозофенола отделяют от первой жидкой фазы, представляющей собой смесь указанного маточного раствора и промывного раствора стадии (г);

д) первую жидкую фазу со стадии (г) пропускают через слой сорбента - мезопористого материала (согласно классификации IUPAC), содержащего полости или каналы с диаметром в интервале 2÷50 нм, для очистки раствора от побочных продуктов реакции с получением очищенного раствора;

е) очищенный раствор со стадии (д) с рН=3,9÷4,4 нейтрализуют едким натром до рН=6÷9 с получением нейтрализованного раствора;

ж) нейтрализованный раствор со стадии (е) подают в кристаллизатор;

з) в кристаллизаторе растворяют в указанном нейтрализованном растворе твердый нитрит натрия, подаваемый в стехиометрическом количестве из расчета 1 моль NaNO₂ на 1 моль С₆Н₅ОН, подаваемого на стадии (а), с высаливанием при этом кристаллов мирабилита Na₂SO₄⋅10H₂O;

причем растворение осуществляют в атмосфере инертного газа при атмосферном давлении, температуре 0÷5°С и рН=6÷9,

и) образовавшуюся в ходе растворения нитрита натрия на стадии (з) суспензию, содержащую кристаллы мирабилита в маточном растворе, непрерывно подают в восходящий поток очищенной и охлажденной до 0÷5°С воды, в котором кристаллы Na₂SO₄⋅10H₂O отмываются от окклюдированных примесей; затем отмытые кристаллы глауберовой соли отделяют от второй жидкой фазы, представляющей собой смесь указанного маточного раствора и промывного раствора стадии (и);

к) вторую жидкую фазу со стадии (и) с растворенным в ней нитритом натрия непрерывно подают в качестве оборотного раствора на стадию (а).

Недостатками данного способа являются:

1) сложность разделения смеси кристаллов п-нитрозофенола и сульфата натрия,

2) необходимость использования сорбентов и большого количества дополнительных реагентов - едкого натра, твердого нитрита натрия для выделения сульфата натрия,

3) необходимость использования дополнительного оборудования для выделения отделения кристаллов сульфата натрия, что усложняет конструкцию устройства и увеличивает общее время процесса,

4) необходимость нейтрализации и утилизации жидких щелочных отходов с этапа выделения сульфата натрия.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей и техническим результатом изобретения являются разработка способа получения п-нитрозофенола, который позволяет сократить время и энергозатраты на получение конечного продукта (п-нитрозофенола) и попутного продукта (сульфата натрия), упрощение технологического процесса получения конечного продукта (п-нитрозофенола) и попутного продукта (сульфата натрия), обеспечение непрерывности процесса синтеза п-нитрозофенола, получение п-нитрозофенола с чистотой более 95%, сокращение количества жидких отходов и необходимости их утилизации.

Для решения вышеуказанной задачи и достижения технического результата предлагается способ синтеза п-нитрозофенола, включающий следующие стадии:

а) наполняют реактор водой и подают в реактор водный раствор нитрита натрия и водный раствор фенола с получением реакционной смеси, при этом поддерживают заданное значение рН реакционной смеси,

в реакторе поддерживают температуру 2-7°С и подают в реактор ток газа для создания инертной атмосферы;

б) перемешивают реакционную смесь с получением маточного раствора и осадка;

в) подают маточный раствор и осадок на фильтр для отделения осадка от маточного раствора;

г) в фильтре осуществляют промывку осадка водой и сушку осадка в вакууме;

д) осуществляют промывку осадка органическим растворителем и

е) отводят использованный на стадии д) органический растворитель для выделения из него п-нитрозофенола.

Сам по себе процесс получения маточного раствора и осадка из реакционной смеси известен из уровня техники, поэтому не требует подробного описания. Новизна настоящего изобретения заключается в предложении операций и параметров, которые позволяют упростить технологический процесс получения п-нитрозофенола и сульфата натрия по сравнению с известными процессами.

Так, поддержание температуры в реакторе в пределах 2-7°С позволяет избежать обмерзания охлаждающего змеевика и линий ввода реагентов, замедления хода реакции, которое происходит при уменьшении температуры ниже 2°С, а также снижения качества продукта, которое происходит при повышении температуры в реакторе свыше 7°С за счет разложения азотистой кислоты с выбросом окислов азота, ускорения побочных процессов и осмоления и резкое снижение качества продукта.

Отделение п-нитрозофенола из осадка путем его растворения органическим растворителем и последующего выделения п-нитрозофенола из этого растворителя, например, путем испарения растворителя, позволяет упростить технологический процесс получения п-нитрозофенола и сульфата натрия, который остается в осадке после промывки органическим растворителем, сократить время и энергозатраты на получение конечного продукта и попутного продукта, обеспечить получение п-нитрозофенола с чистотой более 95%.

Предпочтительно, фильтр представляет собой нутч-фильтр.

В настоящем изобретении можно использовать любой известный из уровня техники фильтр, который позволяет отделить осадок от маточного раствора, например, центрифугу, нутч-фильтр и так далее. Вместе с тем использование нутч-фильтра является предпочтительным, поскольку он имеет наиболее простую и надежную конструкцию по сравнению с другими фильтрами.

Предпочтительно, по меньшей мере часть маточного раствора со стадии в) направляют обратно в реактор для проведения следующего цикла синтеза п-нитрозофенола.

Это позволяет обеспечить непрерывность процесса синтеза п-нитрозофенола, сокращение количества жидких отходов и необходимости их утилизации.

Предпочтительно, оставшийся после промывки органическим растворителем осадок со стадии д) сушат при пониженном давлении до достижения влажности осадка 0-50%, с получением высушенного осадка сульфата натрия.

Это позволяет получить чистый сульфат натрия с низким содержанием примеси органической фракции.

Предпочтительно, заданное значение рН реакционной смеси поддерживают путем подачи водного раствора серной кислоты.

Для поддержания заданного значения рН реакционной смеси можно использовать любые известные из уровня техники средства, например, другие кислоты (соляную, уксусную и так далее), однако водный раствор серной кислоты является наиболее доступным средством, которое к тому же улучшает течение реакции и снижает осмоление, что позволяет добиться большей чистоты п-нитрозофенола.

Предпочтительно, водный раствор нитрита натрия подают в виде 1М-10М водного раствора, предпочтительно 6М водного раствора, водный раствор фенола содержит по меньшей мере 90 мас. % фенола, а водный раствор серной кислоты подают в виде 1М-10М водного раствора, предпочтительно 6М водного раствора.

Вышеуказанные параметры позволяют дополнительно снизить количество жидких отходов и улучшить течение реакции. Слишком разбавленные растворы реагентов создают большое количество жидких отходов, а слишком концентрированные - слишком большой градиент концентрации и ухудшение протекания реакции.

Предпочтительно, отношение объемного расхода водного раствора нитрита натрия к объемному расходу водного раствора фенола составляет 1,5-3,5, предпочтительно 2-3, более предпочтительно 2,3-2,4.

Вышеуказанные параметры позволяют дополнительно снизить количество жидких отходов и улучшить течение реакции. Слишком разбавленные растворы реагентов создают большое количество жидких отходов, а слишком концентрированные - слишком большой градиент концентрации и ухудшение протекания реакции.

Предпочтительно, заданное значение рН реакционной смеси не превышает 3.

Это позволяет дополнительно улучшить течение реакции и ускорить отделение осадка от маточного раствора. Кроме того, экспериментально было найдено, что при таких параметрах кислотности раствора п-нитрозофенол обладает наибольшей стабильностью.

Предпочтительно, в качестве газа для создания инертной атмосферы используют азот или аргон.

Указанные газы позволяют создать инертную атмосферу, что исключает процессы окисления фенола и продукта реакции, повышает его чистоту и снижает количество примесей.

Предпочтительно, перемешивание на стадии б) осуществляют не менее 15 минут, предпочтительно не менее 20 минут.

Это дает возможность для более полного выпадения кристаллического продукта (осадка) из маточного раствора, и соответственно, позволяет дополнительно повысить выход конечного продукта.

Предпочтительно, перемешивание на стадии б) осуществляют до образования суспензии, содержащей маточный раствор и осадок, и с конверсией фенола более 95%.

Это дает возможность для более полного выпадения кристаллического продукта (осадка) из маточного раствора, и соответственно, позволяет дополнительно повысить выход конечного продукта.

Предпочтительно, на стадии г) промывку осадка водой осуществляют не менее 15 минут, предпочтительно не менее 20 минут, промывку осадка органическим растворителем осуществляют не менее 15 минут, предпочтительно не менее 20 минут.

Более длительное время промывки осадка водой позволяет лучше очистить его от кислого раствора и повысить химическую стабильность конечного продукта.

Более длительное время промывки осадка органическим растворителем позволяет лучше разделить п-нитрозофенол и сульфата натрия, и соответственно, повысить выход и качество конечного и попутного продукта.

Предпочтительно, на стадии г) промывку осадка водой осуществляют по меньшей мере до того момента, когда у использованной для промывки воды рН составит 5-6.

Осуществление промывки осадка водой до того момента, когда у использованной для промывки воды рН составит 5-6, позволяет лучше очистить его от кислого раствора и повысить химическую стабильность конечного продукта.

Предпочтительно, на стадии г) сушку осадка в вакууме осуществляют не менее 35 минут, предпочтительно не менее 40 минут.

Предпочтительно, на стадии г) сушку осадка в вакууме осуществляют до влажности осадка 0-50%.

Если сушить меньше 40 минут, то влажность осадка будет слишком большой для проведения качественного разделения смеси. Верхний порог времени сушки ограничен только технологическими соображениями (так как при этом занят нутч-фильтр и невозможно обрабатывать сырьё после следующего синтетического цикла).

Предпочтительно, в качестве органического растворителя используют уксусную кислоту или иной органический растворитель, способный смешиваться с водой, в частности, метиловый, этиловый, изопропиловый спирты, диоксан, ацетон, этилацетат.

В качестве органического растворителя может использоваться любой известный органический растворитель. Вместе с тем, использование в качестве органического растворителя уксусной кислоты или иного органического растворителя, способного смешиваться с водой, в частности, метиловый, этиловый, изопропиловый спирты, диоксан, ацетон, позволяет вымыть из осадка весь п-нитрозофенол, в итоге получив на фильтре чистый попутный продукт - сульфат натрия и повысив выход целевого продукта - п-нитрозофенола.

Также для решения вышеуказанной задачи и достижения технического результата предлагается устройство для получения п-нитрозофенола способом по п. 1, включающее:

реактор для получения маточного раствора и осадка из реакционной смеси, при этом реактор оснащен линиями подачи реагентов и газа, охлаждающим элементом, мешалкой, датчиком контроля температуры и датчиком контроля значения рН реакционной смеси в реакторе;

фильтр, оснащенный:

средствами подачи маточного раствора и осадка из реактора,

полипропиленовой мембраной для отделения осадка от маточного раствора,

линией для создания вакуума,

линией подачи воды для промывки осадка и линией отвода воды после промывки осадка,

линией подачи органического растворителя для промывки осадка и линией отвода органического растворителя после промывки осадка, соединенной с устройством для выделения из органического растворителя п-нитрозофенола.

Предпочтительно, датчик контроля температуры, выполнен с возможностью передачи сигнала для регулирования работы охлаждающего элемента, в качестве которого используют змеевик с теплоносителем.

Это позволяет упростить технологический процесс получения п-нитрозофенола и сульфата натрия по сравнению с известными процессами за счет улучшения контроля за условиями протекания реакции.

Предпочтительно, датчик контроля температуры выполнен в одном корпусе с датчиком контроля значения рН реакционной смеси в реакторе.

Это позволяет упростить технологический процесс получения п-нитрозофенола и сульфата натрия по сравнению с известными процессами за счет использования более компактного оборудования.

Предпочтительно, фильтр представляет собой нутч-фильтр, а полипропиленовая мембрана имеет размер пор 8-12 мкм, предпочтительно 9-11 мкм, предпочтительно 10 мкм.

Указанный размер пор полипропиленовой мембраны позволяет более качественно отделить осадок от маточного раствора.

Краткое описание чертежей

Чертежи представлены для лучшего понимания изобретения, однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что раскрытое изобретение не ограничивается вариантом, представленным на них.

На фиг. 1 представлен схематичный вид устройства для получения п-нитрозофенола в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Реактор 12, где происходит нитрозирование фенола, снабжён охлаждающим элементом 16 (змеевик с хладоносителем), механической лопастной многорядной мешалкой 17 (М1.1). Измерение температуры осуществляется датчиком контроля температуры 14 (термопарой ТТ1.1) и согласно его показаниям регулируется охлаждение реактора 12. Кислотность среды в реакторе 12 контролируется датчиком 13 контроля значения рН реакционной смеси в реакторе, который связан с насосом 18, подающим раствор серной кислоты по линии 19 подачи раствора серной кислоты из емкости 20 для хранения раствора серной кислоты.

Реактор 12 оснащен линиями подачи реагентов 19, 25, 26 и газа 15, охлаждающим элементом 16, мешалкой 17, датчиком 14 контроля температуры и датчиком 13 контроля значения рН реакционной смеси в реакторе, а также фильтром 27 (нутч-фильтр), оснащенным средствами подачи маточного раствора и осадка из реактора (кран 1), полипропиленовой мембраной (не показана) для отделения осадка от маточного раствора, линией 30 для создания вакуума, линией подачи воды для промывки осадка (кран 11, кран 2, линия 32, кран 9) и линией отвода воды после промывки осадка (кран 2, линия 32, кран 6), линией подачи органического растворителя для промывки осадка (кран 10, кран 2, линия 32, кран 9) и линией отвода органического растворителя после промывки осадка (кран 2, линия 32, кран 8), соединенной с устройством для выделения из органического растворителя п-нитрозофенола.

При первом пуске заявленной установки реактор 12 заполняют 10 л чистой воды. Воду в реакторе охлаждают до 2-7°C, предпочтительно от 2 до 4°С. Из емкостей 21, 22 по линиям 25, 26 с помощью насосов 23 и 24 с заданным объемным расходом одновременно подают водный раствор нитрита натрия и водный раствор фенола, соответственно, для получения реакционной смеси. Отношение объемного расхода водного раствора нитрита натрия к объемному расходу водного раствора фенола составляет 1,5-3,5, предпочтительно 2-3, более предпочтительно 2,3-2,4.

Подачу водного раствора серной кислоты в реактор 12 осуществляют из емкости 20 по линии 19 с помощью насоса 18 по сигналу с датчика 13 (Ph1.1) контроля значения рН реакционной смеси в реакторе при значении кислотности реакционной смеси выше 3.

Температура в реакторе 12 поддерживается в диапазоне от 2 до 7°C, предпочтительно от 2 до 4°С. На протяжении всего синтеза в реактор 12 подается ток газа для создания инертной атмосферы (азота, аргона, например).

Один цикл синтеза п-нитрозофенола протекает в течение по меньшей мере 130 минут непрерывного добавления реагентов. Время одного цикла может изменяться в зависимости от изменения условий проведения процесса, в частности изменения загрузки фенола, объема реактора и т.п.

После добавления реагентов реакционную смесь перемешивают еще по меньшей мере 20 минут для полного протекания реакции с получением маточного раствора и осадка.

Перемешивание смеси менее 20 минут может привести к снижению выхода целевого продукта, засорению оборудования остатками непрореагировавших реагентов или продуктами реакции, привести к протеканию побочных реакций. Перемешивание более 20 минут не приведет к значительным изменениям в протекании реакции. Оптимальным является время перемешивания от 20 до 60 минут.

После завершения реакции открывают кран 1, маточный раствор с осадком переливается в нутч-фильтр 27 для отделения осадка от маточного раствора. Нутч-фильтр 27 оснащен фильтрующей кислотостойкой полипропиленовой мембранной (на чертежах не показана) и мешалкой 29. После полного опустошения реактора 12 открывается кран 3, связывающий нижнюю часть нутч-фильтра 27 с вакуумной линией 30. В это время фильтрат (маточный раствор) через гребенку 28 возвращается в реактор 12 до объема не более 20 л в реакторе 12 (с помощью насоса 31, открыт кран 7). Лишний маточный раствор выливается в ёмкость 33 (кран 7 закрыт, кран 6 открыт). После окончания фильтрации в реакторе 12 начинается новый цикл добавления реагентов.

Распределительная гребёнка 28 представляет собой связанную систему трубопроводов с запорной арматурой (краны 6-9 на фиг. 1), которая позволяет перенаправлять потоки рабочих жидкостей, используя насос 31.

Осадок промывается несколькими порциями чистой холодной воды (общий объем 4,5л), которую подают из емкости 34 посредством кранов 11 и 2 по линии 32, между промывками осадок перемешивается с помощью ручной мешалки 29. Промывные воды выливаются в ёмкость 33 для дальнейшей утилизации. Фильтрование и промывка осадка занимают 20 минут. Затем кран 3 открывают, а кран 4 закрывают и осадок сушится в вакууме, время сушки - 40 минут.

При промывке осадка менее 20 минут осадок содержит остаточные количества кислого раствора, что может привести к потере стабильности и деградации продукта. Промывка более 20 минут не приведет к значительным изменениям в качестве целевого продукта, но потребует отвода и утилизации промывных растворов и может привести к снижению выходы целевого продукта в связи с его уносом в фильтрат.

Время сушки осадка по меньшей мере 40 минут является оптимальным. Если сушить осадок меньше 40 минут, то влажность осадка будет слишком большой, что негативно отразится на проведения качественного разделения смеси. Сушка более 40 минут не приведет к значительным изменениям качества получаемого осадка, но она нецелесообразна в целях увеличения общего времени процесса.

После того, как осадок высохнет закрывают кран 3, открывают кран 4, кран 2 переводят в положение, соединяющее емкость 35 с уксусной кислотой (органический растворитель) и гребенку 28. Открывают краны 9 и 10, с помощью насоса 31 через гребенку 28 в нутч-фильтр 27 заливается 10 - 13 л уксусной кислоты (в зависимости от количества выпавшего п-нитрозофенола). Осадок при перемешивании ручной мешалкой промывается уксусной кислотой (насос 31 включен), время промывки - 20 минут. В это время из осадка в уксусную кислоту вымывается п-нитрозофенол, а на фильтре остается сульфат натрия. По окончании промывки кран 9 закрывают, а кран 8 открывают, раствор п-нитрозофенола в уксусной кислоте с помощью насоса 31 переносится на следующую химическую стадию или на стадию выделения чистого п-нитрозофенола.

Вместо уксусной кислоты может быть использован другой органический растворитель (например, метиловый, этиловый, изопропиловый спирты, диоксан, ацетон и др.), чтобы облегчить выделение чистого п-нитрозофенола.

После полного переноса раствора п-нитрозофенола в уксусной кислоте кран 8 закрывают, осадок сушат на нутч-фильтре 27 при пониженном давлении (кран 3 открыт, кран 4 закрыт). Время сушки - 40 минут. Затем кран 3 закрывают, кран 4 открывают, открывают крышку нутч-фильтра 27 и выгружают высушенный осадок сульфата натрия.

Пример 1.

Реактор 12 с рабочим объёмом 20 л заполняют 10 л дистиллированной воды. Воду в реакторе 12 охлаждают до 3°С. Для получения реакционной смеси в реактор 12 подают по линии 25 с помощью насоса 23 - 6М водный раствор нитрита натрия с объемным расходом 21,6 мл/мин, по линии 26 с помощью насоса 24 - водный раствор фенола, содержащий по меньшей мере 90 мас. % фенола, с объемным расходом 9,2 мл/мин.

По линии 19 с помощью насоса 18 в реактор 12 подают 6М водный раствор серной кислоты по сигналу с датчика 13 при значении кислотности реакционной смеси выше 3.

По линии 15 в реактор подают ток газа (азот) для создания инертной атмосферы. Прокачку газа проводят в течение всего процесса синтеза.

Добавление водного раствора нитрита натрия и водного раствора фенола проводят непрерывно в течение 130 мин. Затем реакционную смесь дополнительно перемешивают в течение 20 минут до полного протекания реакции с получением маточного раствора и осадка.

После завершения реакции открывают маточный раствор с осадком переливается в нутч-фильтр 27 для отделения осадка от маточного раствора.

Осадок промывается несколькими порциями чистой холодной воды (общий объем 4,5л) не менее 20 минут по меньшей мере до того момента, когда у использованной для промывки воды рН составит 5-6. Затем кран 3 открывают, а кран 4 закрывают и осадок сушится в вакууме, время сушки - 40 минут. Сушку осадка в вакууме осуществляют до влажности осадка 0-50%.

Затем осуществляют промывку осадка органическим растворителем (уксусной кислотой) и отводят использованный органический растворитель для выделения из него п-нитрозофенола.

После полного переноса раствора п-нитрозофенола в уксусной кислоте кран 8 закрывают, осадок сушат на нутч-фильтре 27 при пониженном давлении (кран 3 открыт, кран 4 закрыт). Время сушки - 40 минут. Затем кран 3 закрывают, кран 4 открывают, открывают крышку нутч-фильтра 27 и выгружают высушенный осадок сульфата натрия.

В результате был получен п-нитрозофенол с чистотой более 95% и выделен сульфат натрия с низким содержанием примеси органической фракции. Повторное использование маточного раствора в последовательных производственных циклах позволило снизить количество жидких отходов более чем в три раза.

Способ и установка, согласно заявленному изобретению, позволяют решить сразу несколько технологических задач: проведение синтеза п-нитрозофенола, выделение продуктов реакции с помощью фильтрования, возврат фильтрата в реактор для использования в следующем производственном цикле, промывку, осушку, разделение продуктов реакции в одном устройстве - нутч-фильтре, приготовление и транспортировку полученного раствора п-нитрозофенола для последующего извлечения.

Изобретение позволяет снизить временные затраты на получение п-нитрозофенола, уменьшить количество оборудования, необходимого для синтеза п-нитрозофенола, что снижает металлоемкость установки и позволяет сократить затраты и время на проведение регламентных и ремонтных работ, повысить производительность процесса.

Описанные примеры осуществления приведены исключительно в целях иллюстрации. Специалисту будет очевидно, что возможны и иные варианты осуществления без изменения сущности изобретения.

Условные обозначения:

1 - кран для слива реакционной смеси из реактора

2 - трехходовой кран для подачи фильтрата, воды и органического растворителя

3 - кран откачки воздуха из нутч-фильтра

4 - кран для подачи воздуха в нутч-фильтр

5 - кран отключения потока перед распределительной гребенкой

6 - кран подачи фильтрата или промывных вод в емкость для фильтрата и промывных вод

7 - кран подачи фильтрата в реактор

8 - кран подачи раствора п-нитрозофенола в органическом растворителе на выделение чистого п-нитрозофенола

9 - кран подачи органического растворителя в нутч-фильтр

10 - кран подачи органического растворителя из емкости для хранения органического растворителя

11 - кран подачи воды для промывки из емкости для хранения воды

12 - реактор

13 - датчик контроля рН

14 - датчик контроля температуры (термопара)

15 - линия подачи газа для создания инертной атмосферы

16 - охлаждающий элемент

17 - мешалка реактора

18 - насос для подачи раствора серной кислоты

19 - линия подачи раствора серной кислоты

20 - емкость для хранения раствора серной кислоты

21 - емкость для хранения раствора нитрита натрия

22 - емкость для хранения раствора фенола

23 - насос для подачи раствора нитрита натрия

24 - насос для подачи раствора фенола

25 - линия подачи раствора нитрита натрия

26 - линия подачи раствора фенола

27 - нутч-фильтр

28 - распределительная гребенка

29 - мешалка нутч-фильтра

30 - линия откачки воздуха из нутч-фильтра

31 - насос для подачи фильтрата, промывной воды, органического растворителя

32 - линия подачи фильтрата, промывной воды, органического растворителя

33 - емкость для хранения избыточной реакционной смеси и фильтрата

34 - емкость для воды

35 - емкость для хранения органического растворителя

Изобретение относится к области органического синтеза, конкретно к многостадийному способу синтеза п-нитрозофенола. На стадии а) наполняют реактор водой и подают в реактор водный раствор нитрита натрия и водный раствор фенола с получением реакционной смеси, при этом поддерживают значение рН реакционной смеси, не превышающее 3, в реакторе поддерживают температуру 2-7°С и подают в реактор ток газа для создания инертной атмосферы. На стадии б) перемешивают реакционную смесь с получением маточного раствора и осадка и далее, на стадии в) подают маточный раствор и осадок на фильтр для отделения осадка от маточного раствора. На стадии г) в фильтре осуществляют промывку осадка водой и сушку осадка в вакууме, причем промывку осадка водой осуществляют по меньшей мере до того момента, когда у использованной для промывки воды рН составит 5-6. На стадии д) осуществляют промывку осадка органическим растворителем, а затем на стадии е) отводят использованный на стадии д) органический растворитель на следующую химическую стадию или на стадию выделения из него п-нитрозофенола. Техническими результатами изобретения являются обеспечение непрерывного способа получения п-нитрозофенола, сокращение времени производства и энергозатрат на получение целевого и попутного продукта, упрощение технологического процесса, получение п-нитрозофенола с чистотой более 95%, а также сокращение количества жидких отходов и необходимости их утилизации. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ синтеза п-нитрозофенола, включающий следующие стадии:

а) наполняют реактор водой и подают в реактор водный раствор нитрита натрия и водный раствор фенола с получением реакционной смеси, при этом поддерживают значение рН реакционной смеси, не превышающее 3, в реакторе поддерживают температуру 2-7°С и подают в реактор ток газа для создания инертной атмосферы;

б) перемешивают реакционную смесь с получением маточного раствора и осадка;

в) подают маточный раствор и осадок на фильтр для отделения осадка от маточного раствора;

г) в фильтре осуществляют промывку осадка водой и сушку осадка в вакууме, причем промывку осадка водой осуществляют по меньшей мере до того момента, когда у использованной для промывки воды рН составит 5-6;

д) осуществляют промывку осадка органическим растворителем и

е) отводят использованный на стадии д) органический растворитель на следующую химическую стадию или на стадию выделения из него п-нитрозофенола.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтр представляет собой нутч-фильтр.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть маточного раствора со стадии в) направляют обратно в реактор для проведения следующего цикла синтеза п-нитрозофенола.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оставшийся после промывки органическим растворителем осадок со стадии д) сушат при пониженном давлении до достижения влажности осадка 0-50%, с получением высушенного осадка сульфата натрия.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заданное значение рН реакционной смеси поддерживают путем подачи водного раствора серной кислоты.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что водный раствор нитрита натрия подают в виде 1-10 М водного раствора, предпочтительно 6 М водного раствора, водный раствор фенола содержит по меньшей мере 90 мас. % фенола, а водный раствор серной кислоты подают в виде 1-10 М водного раствора, предпочтительно 6 М водного раствора.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение объемного расхода водного раствора нитрита натрия к объемному расходу водного раствора фенола составляет 1,5-3,5, предпочтительно 2-3, более предпочтительно 2,3-2,4.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа для создания инертной атмосферы используют азот или аргон.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание на стадии б) осуществляют не менее 15 мин, предпочтительно не менее 20 мин.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание на стадии б) осуществляют до образования суспензии, содержащей маточный раствор и осадок, и с конверсией фенола более 95%.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промывку осадка водой осуществляют не менее 15 мин, предпочтительно не менее 20 мин, промывку осадка органическим растворителем осуществляют не менее 15 мин, предпочтительно не менее 20 мин.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку осадка в вакууме осуществляют не менее 35 мин, предпочтительно не менее 40 мин.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку осадка в вакууме осуществляют до влажности осадка 0-50%.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют уксусную кислоту или иной органический растворитель, способный смешиваться с водой, в частности, метиловый, этиловый, изопропиловый спирты, диоксан, ацетон.

15. Устройство для получения п-нитрозофенола способом по п. 1, включающее:

реактор для получения маточного раствора и осадка из реакционной смеси, при этом реактор оснащен линиями подачи реагентов и газа, охлаждающим элементом, мешалкой, датчиком контроля температуры и датчиком контроля значения рН реакционной смеси в реакторе;

фильтр, оснащенный:

средствами подачи маточного раствора и осадка из реактора,

полипропиленовой мембраной для отделения осадка от маточного раствора,

линией для создания вакуума,

линией подачи воды для промывки осадка и линией отвода воды после промывки осадка,

линией подачи органического растворителя для промывки осадка и линией отвода органического растворителя после промывки осадка, соединенной с устройством для выделения из органического растворителя п-нитрозофенола.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что датчик контроля температуры, выполнен с возможностью передачи сигнала для регулирования работы охлаждающего элемента, в качестве которого используют змеевик с теплоносителем.

17. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что датчик контроля температуры выполнен в одном корпусе с датчиком контроля значения рН реакционной смеси в реакторе.

18. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что фильтр представляет собой нутч-фильтр, а полипропиленовая мембрана имеет размер пор 8-12 мкм, предпочтительно 9-11 мкм, предпочтительно 10 мкм.