УСТАНОВКА ДЛЯ НИТРОЗИРОВАНИЯ ФЕНОЛА Российский патент 2025 года по МПК B01J19/00 C07C201/00 C07C207/04 

Область техники

Изобретение относится к оборудованию для тонкого органического синтеза и фармацевтической химии. Более конкретно, изобретение относится к установке для нитрозирования фенола и получения п-нитрозофенола, который является ценным продуктом органического синтеза и может использоваться как исходное соединение для последовательного получения п-аминофенола и парацетамола (N-ацетиламинофенола).

Уровень техники

Парацетамол - лекарственное средство, ненаркотический анальгетик и антипиретик из группы анилидов (см. статью «Парацетамол» в справочнике Видаль «Лекарственные препараты в России», https://www.vidal.ru/drugs/molecule/800 и в справочнике «Регистр Лекарственных Средств России», https://www.rlsnet.ru/drugs/paracetamol-920), входит в список важнейших лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения, а также в перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных препаратов РФ.

Для получения п-нитрозофенола из фенола используют реакцию нитрозирования. В качестве нитрозирующих реагентов в научной литературе описано использование растворов азотистой кислоты, нитритов, нитрозилсульфат, оксидов азота II, III, IV.

Фенол в реактор для нитрозирования подается в жидком виде, в виде расплава или водных растворов с массовой долей фенола от 60 до 90%. Серную кислоту и нитрит натрия подают также в виде водных растворов. В подобном процессе ключевую роль играет порядок прибавления реагентов (US5414148A). Было показано, что при описанном методе реакция нитрозирования протекает не селективно, с образованием большого количества смол из-за нестабильности нитрозирующего раствора и местных перегревов в реакционной массе.

Описано использование N₂O₃ и N₂O₄ в качестве нитрозирующих агентов, однако для пилотного производства работа с такими агрессивными газами крайне неудобна при переходе на большие загрузки реагентов (EP2975018A1).

Описан полу-непрерывный способ синтеза п-нитрозофенола из фенола. Отличительной особенностью данного метода является одновременное прибавление всех реагентов, что позволяет поддерживать относительно низкую кислотность среды и избегать местных перегревов в растворе. Во избежание образования продуктов конденсации фенола и п-нитрозофенола при проведении синтеза температура реакционной смеси должна быть 0-15°C, а кислотность среды должна быть не выше pH=5 (US3320324A).

Так как реакция нитрозирования сопровождается значительным выделением тепла, для синтеза п-нитрозофенола описана технологическая схема с использованием двух реакторов, соединенных переливом, с вынесенным теплообменником (RO63078A2). Это является более громоздким аппаратным решением.

Из патента США US10125087B2 известен петлевой реактор для нитрозирования бутанола и получения н-бутилнитрита, который содержит смесительное устройство, газовый сепаратор, циркуляционный насос, теплообменник, которые соединены в замкнутый контур. Согласно описанному в US10125087B2 способу три исходных потока реагентов, представляющих собой н-бутанол, нитрит натрия и кислоту, выбранную из группы, состоящей из HCl, H₂SO₄, муравьиной кислоты, метансульфоновой кислоты или их смеси, подают с помощью насосов в отдельные пространственно разнесенные входы для реагентов, которые располагаются между теплообменником и смешивающим устройством, при этом поток реакционного раствора поступает сначала в смешивающее устройство, а затем последовательно в газовый сепаратор, циркуляционный насос и теплообменник. В реакторе обеспечивается перепад давления не менее 1 бар.

К недостаткам известного устройства можно отнести возможность использования только для жидкофазных реакций и сложность контролирования процесса прохождения реакции.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокопроизводительной установки для нитрозирования фенола и получения однородного п-нитрозофенола высокого качества и с высоким выходом.

Технический результат изобретения заключается в повышении производительности работы установки для нитрозирования фенола с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

Для решения вышеуказанной задачи и достижения технического результата предлагается установка для нитрозирования фенола, которая содержит:

- внешний контур циркуляции, оснащенный:

насосом;

теплообменником;

линией подачи потока жидкой фазы в теплообменник, которая соединена с линией подачи раствора фенола, линией подачи раствора нитрита натрия и линией подачи раствора серной кислоты;

линией отвода потока жидкой фазы из теплообменника;

средством для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, между линией подачи потока жидкой фазы в реактор и линией подачи потока жидкой фазы в теплообменник;

- реактор для кристаллизации п-нитрозофенола из потока жидкой фазы с образованием твердого п-нитрозофенола и маточного раствора, оснащенный:

мешалкой;

охлаждающим элементом;

линией подачи в реактор газа;

линией отвода газовой фазы;

линией отвода твердого п-нитрозофенола и маточного раствора из реактора в устройство для отделения твердого п-нитрозофенола;

- устройство для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора, оснащенное:

линией подачи воды для промывки твердого п-нитрозофенола;

линией отвода твердого п-нитрозофенола;

линией отвода маточного раствора.

Жидкая фаза содержит вещество в жидком состоянии, в частности, жидкая фаза представляет собой реакционную массу, содержащую раствор фенола, раствор нитрита натрия и раствор серной кислоты. Жидкая фаза также может содержать частицы твердой фазы, в частности, частицы твердого п-нитрозофенола.

Газовая фаза представляет собой вещество в газообразном состоянии, в частности, газовая фаза представляет собой газообразные продукты реакции нитрозирования.

В качестве насоса, теплообменника, реактора, мешалки и устройства для отделения твердого п-нитрозофенола может использоваться любое известное из уровня техники оборудование/средство, позволяющее выполнять соответствующую функцию.

Линии подачи и линия отвода могут состоять из любых известных из уровня техники средств, позволяющих выполнять соответствующую функцию (например, могут включать трубы, фитинги, дроссели, соединительные элементы и т.п.).

Вместе с тем далее приведены наиболее предпочтительные варианты используемого оборудования/средств, которые позволяют наиболее эффективно использовать все преимущества настоящего изобретения.

Все узлы, входящие в состав предлагаемой установки, находятся в функционально-конструктивном единстве.

Особенностью предлагаемой установки является наличие внешнего контура циркуляции, в котором осуществляется смешение исходных реагентов и образование реакционной массы. Под контуром подразумевается система, состоящая из соединенных друг с другом линий.

Во внешнем контуре циркуляции используется раздельный ввод реагентов, что позволяет исключить возникновение местных высоких концентраций компонентов в реакционной среде и обеспечивает образование однородной реакционной массы. Исходные растворы фенола, нитрита натрия и серной кислоты подаются во внешний контур циркуляции в пространственно разнесенные входы с расчетной скоростью. Образующаяся реакционная смесь непрерывно прокачивается насосом сквозь теплообменник. Насос в данном случае не только производит прокачку, но и служит эффективным перемешивающим устройством. Реакция нитрозирования сопровождается большим выделением тепла. Эффективное охлаждение реакционной массы, обеспечиваемое теплообменником во внешнем контуре циркуляции, позволяет получать п-нитрозофенол высокого качества, так как при этом снижается вероятность протекания побочных реакций, а также эффективное охлаждение позволяет добавлять реагенты с большей скоростью и, как следствие, способствует повышению производительности установки. Таким образом, наличие внешнего контура циркуляции обеспечивает образование реакционной среды с максимально высокой однородностью, что в сочетании с высокоэффективным охлаждением и высокоэффективным перемешиванием позволяет существенно повысить производительность работы установки с целью получения п-нитрозофенола с высоким выходом одинаково высокого качества. Также наличие внешнего контура циркуляции обеспечивает возможность работы установки в непрерывном режиме и облегчает управление технологическим процессом, что также способствует увеличению производительности работы установки.

Наличие внешнего контура циркуляции, в котором происходит смешивание и совместное охлаждение раствора фенола, раствора нитрита натрия и раствора серной кислоты, а также наличие средства для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, между линией подачи потока жидкой фазы в реактор и линией подачи потока жидкой фазы в теплообменник, позволяет достаточно точно настроить необходимые параметры процесса, чтобы добиться повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

Перед запуском процесса внешний контур циркуляции заполняют водой или отработанным маточным раствором для обеспечения работы насоса. Химическая реакция в основном протекает внутри контура циркуляции. Растворы исходных реагентов подают в контур непрерывно, и когда в нем создается избыток объема реакционной массы, он естественным образом удаляется из внешнего контура циркуляции через средство для разделения потока жидкой фазы (например, перелив) и поступает в реактор, в котором происходит кристаллизация твердого п-нитрозофенола. Указанное средство для разделения потока жидкой фазы можно настроить таким образом, что оно для имеющейся конструкции внешнего контура циркуляции будет точно срабатывать в тот момент, когда нужно будет перенаправить часть объема реакционной массы в реактор. Таким образом, можно точно настроить периодичность, объем и параметры поступающей в реактор реакционной массы (потока жидкой фазы), что позволяет добиться повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

В предлагаемой установке внешний контур циркуляции соединен с реактором для кристаллизации п-нитрозофенола с помощью линии подачи потока жидкой фазы в реактор. Это позволяет добиться повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества, так как обеспечивает постоянную самопроизвольную подачу реакционной массы из внешнего контура циркуляции в реактор, при этом процесс протекает в режиме саморегуляции, и нигде не создается избытка массовых потоков. В реакторе осуществляется окончательное прохождение реакции нитрозирования, и кристаллизация п-нитрозофенола из потока жидкой фазы с образованием твердого п-нитрозофенола и маточного раствора. Также предложенная конструкция обеспечивает возможность работы установки в непрерывном режиме и облегчает управление технологическим процессом, что также способствует увеличению производительности работы установки.

Реактор для кристаллизации п-нитрозофенола снабжен мешалкой и охлаждающим элементом, что обеспечивает эффективное перемешивание реакционной массы и ее охлаждение. Это обеспечивает наиболее полное прохождение реакции нитрозирования и снижение вероятности прохождения побочных реакций, позволяет повысить производительность работы установки с целью получения п-нитрозофенола с высоким выходом одинаково высокого качества.

Реакция нитрозирования сопровождается выделением нитрозных газов, которые оказывают негативное влияние на ход реакции, провоцируют окисление непрореагировавшего фенола, снижают выход и чистоту продукта. Для их удаления из реакционной среды реактор оснащен линией подачи в реактор газа и линией отвода газовой фазы из реактора. В качестве газа для вытеснения газовой фазы из реактора используют газ для создания инертной атмосферы. Указанные особенности предлагаемой установки позволяют снизить вероятность протекания побочных реакций окисления и повысить производительность работы установки с целью получения п-нитрозофенола с высоким выходом одинаково высокого качества.

В предлагаемой установке реактор для кристаллизации п-нитрозофенола соединен с устройством для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора с помощью линии отвода твердого п-нитрозофенола и маточного раствора из реактора. Это позволяет добиться повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества, так как обеспечивает постоянную самопроизвольную подачу твердого п-нитрозофенола и маточного раствора из реактора в устройство для отделения твердого п-нитрозофенола, при этом процесс протекает в режиме саморегуляции, и нигде не создается избытка массовых потоков. Также предложенная конструкция обеспечивает возможность работы установки в непрерывном режиме и облегчает управление технологическим процессом, что также способствует увеличению производительности работы установки.

Устройство для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора оснащено линией подачи воды для промывки твердого п-нитрозофенола для удаления примесей. Это позволяет получать продукт высокого качества с высоким выходом и обеспечивает повышение производительности работы установки.

Линии отвода твердого продукта и маточного раствора из устройства для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора позволяют осуществлять постоянное отделение готового твердого п-нитрозофенола и обеспечивают повышение производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

Также предложенная конструкция устройства для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора обеспечивает возможность работы установки в непрерывном режиме и облегчает управление технологическим процессом, что также способствует увеличению производительности работы установки.

Установка для нитрозирования фенола выполнена с возможностью обеспечения работы установки в непрерывном режиме. При непрерывном режиме работы установки можно достичь наиболее стабильных условий осуществления реакции нитрозирования фенола и более предсказуемых результатов, подобный процесс значительно проще контролировать. Указанные особенности позволяют добиться дополнительного повышения производительности работы установки.

В предпочтительном варианте во внешнем контуре циркуляции линия подачи раствора серной кислоты, линия подачи раствора фенола, насос, линия подачи раствора нитрита натрия расположены на линии подачи потока жидкой фазы в теплообменник последовательно друг за другом. Указанная последовательность расположения элементов в контуре позволяет осуществлять смешивание реагентов в предпочтительной последовательности, что обеспечивает образование наиболее однородной реакционной массы и позволяет свести к минимуму процессы окисления фенола, что, в свою очередь, позволяет повысить качество получаемого продукта. Предпочтительно, раствор нитрита натрия вводится в контур в последнюю очередь непосредственно перед теплообменником, так как именно после его ввода в систему начинается экзотермическая химическая реакция, и необходимо обеспечивать эффективный отвод тепла. Растворы фенола и серной кислоты вводятся до насоса, чтобы была возможность эффективно перемешать исходные растворы. Указанные особенности позволяют добиться дополнительного повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

В предпочтительном варианте линия отвода потока жидкой фазы из теплообменника оснащена датчиком контроля температуры и датчиком измерения рН, при этом реактор оснащен датчиком контроля температуры и датчиком измерения рН.

Таким образом, с учетом показаний датчиков можно еще более точно настроить периодичность, объем и параметры поступающей в реактор реакционной массы (потока жидкой фазы), что позволяет добиться дополнительного повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

В предпочтительном варианте средство для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, выполнено с возможностью регулировать объемное соотношение частей потока жидкой фазы, получаемых в результате разделения потока.

Это позволяет настраивать средство для разделения потока жидкой фазы в любое момент во время процесса нитрозирования фенола, чтобы еще более точно настроить время его срабатывания в тот момент, когда нужно будет перенаправить часть объема реакционной массы в реактор. Таким образом, можно наиболее точно настроить периодичность, объем и параметры поступающей в реактор реакционной массы (потока жидкой фазы), что позволяет добиться дополнительного повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

В предпочтительном варианте средство для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, представляет собой перелив-тройник;

теплообменник представляет собой двухкорпусный трубчатый теплообменник;

насос представляет собой центробежный насос;

внешний контур циркуляции оснащен верхней и нижней линиями для заполнения внешнего контура циркуляции;

линия подачи раствора фенола, линия подачи раствора нитрита натрия и линия подачи раствора серной кислоты оснащены насосами, предпочтительно перистальтическими насосами;

а датчик измерения рН во внешнем контуре циркуляции выполнен с возможностью передачи сигнала для дозирования подачи раствора серной кислоты насосом.

Все вышеуказанные признаки позволяют добиться дополнительного повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества:

перелив-тройник для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, позволяет наиболее эффективно обеспечивать регулируемое удаление реакционной массы из внешнего контура циркуляции в реактор и осуществлять контроль за ходом процесса нитрозирования;

двухкорпусный трубчатый теплообменник позволяет наиболее эффективно охлаждать реакционную массу, циркулирующую во внешнем контуре циркуляции;

центробежный насос позволяет наиболее эффективно перемешивать реакционную массу и прокачивать ее через теплообменник;

насосы на линиях обеспечивают равномерную и непрерывную подачу растворов исходных реагентов во внешний контур циркуляции с необходимой скоростью, при этом возможно осуществлять регулирование скорости подачи растворов непосредственно в ходе процесса;

возможность датчика измерения рН во внешнем контуре циркуляции передавать сигнал для дозирования подачи раствора серной кислоты насосом позволяет тонко регулировать условия осуществления реакции нитрозирования непосредственно в ходе процесса и наиболее эффективно контролировать процесс нитрозирования.

В предпочтительном варианте перелив-тройник оснащен диоптром. Диоптр служит для визуального контроля за состоянием реакционной массы. Например, по ее цвету можно судить о качестве получаемого продукта: если раствор слишком темный, значит нарушены технологические параметры осуществления реакции нитрозирования, что привело к возникновению побочных процессов окисления/разложения, для устранения которых следует проверить подачу исходных реагентов. Также наличие диоптра позволяет визуально отслеживать появление в растворе смол и обильное выпадение осадка, что может привести к забивке линий и, соответственно, к нарушению работы установки. Таким образом, наличие диоптра позволяет дополнительно повысить производительность работы установки, поскольку позволяет более точно осуществлять контроль за процессом реакции, что способствует получению высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

В предпочтительном варианте линия подачи в реактор газа расположена в реакторе таким образом, что указанный газ вводится под слой жидкости. Введение газа под слой жидкости позволяет наиболее эффективно вытеснять из реактора газовую фазу, обеспечивая тем самым дополнительное повышение качества получаемого продукта и производительности работы установки.

В предпочтительном варианте в реакторе линия отвода газовой фазы оснащена скруббером, предпочтительно скруббером с орошением щелочным раствором,

механическая мешалка представляет собой лопастную многоярусную мешалку, предпочтительно лопастную многоярусную мешалку, выполненную с возможностью создавать восходящий поток,

при этом охлаждающий элемент представляет собой охлаждающий змеевик.

Все вышеуказанные признаки позволяют добиться дополнительного повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества:

скруббер позволяет наиболее эффективно поглощать газы, так как в нем находится щелочной раствор, который нейтрализует кислые газообразные продукты, и эти газы меньше накапливаются в реакционной массе,

лопастная многоярусная мешалка обеспечивает отсутствие застойных зон в реакторе и позволяет осуществлять наиболее эффективное перемешивание реакционной массы в реакторе для обеспечения максимального выхода продукта реакции,

охлаждающий змеевик, используемый в качестве охлаждающего элемента, позволяет обеспечить наиболее равномерное охлаждение реакционной смеси в реакторе для снижения вероятности протекания побочных процессов и обеспечения максимального выхода продукта реакции.

В предпочтительном варианте устройство для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора представляет собой центрифугу, предпочтительно горизонтальную центрифугу со скребковой выгрузкой твердого продукта.

Это позволяет добиться дополнительного повышения производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества.

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 Фигуре 1 представлено схематичное изображение предлагаемой установки для нитрозирования фенола в соответствии с настоящим изобретением.

Условные обозначения

В настоящей заявке под линией понимаются трубы или соединения из труб и необходимой запорно-регулирующей арматуры, которые позволяют направить потоки в нужном направлении.

В настоящей заявке под средством понимаются любые известные из уровня техники устройства и их комбинации, которые позволяют реализовать указанную функцию.

Основные узлы

Р1.1 реактор для кристаллизации п-нитрозофенола

ТО1.1 двухкорпусный трубчатый теплообменник

ЦГ1.1 горизонтальная центрифуга со скребковой выгрузкой твердого продукта

Е1.1 емкость для хранения раствора фенола

Е1.2 емкость для хранения раствора нитрита натрия

Е1.3 емкость для хранения раствора серной кислоты

Е1.4 емкость для хранения сливов после отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора

Н1.1 насос для подачи раствора фенола из емкости Е1.1

Н1.2 насос для подачи раствора нитрита натрий из емкости Е1.2

Н1.3 насос для подачи раствора серной кислоты из емкости Е1.3, управляется по показаниям датчика pH1.1

Н1.4 центробежный насос для обеспечения циркуляции жидкой фазы во внешнем контуре циркуляции Л7 через теплообменник ТО1.1

ТР1.1 перелив-тройник с диоптром для перемещения потока жидкой фазы из внешнего контура циркуляции Л7 в реактор в реактор Р1.1 по линии Л6

М1.1 механическая лопастная многоярусная мешалка

ОЗ1.1 охлаждающий змеевик в реакторе Р1.1

ТТ1.1 датчик температуры для контроля температуры во внешнем контуре циркуляции Л7

ТТ1.2 датчик температуры для контроля температуры в реакторе Р1.1

pH1.1 датчик измерения рН во внешнем контуре циркуляции Л7

pH1.2 датчик измерения рН в реакторе Р1.1

Краны

1.1 донный сливной кран реактора Р1.1

1.2 верхний кран для заполнения или промывки внешнего контура циркуляции Л7

1.3 нижний сливной кран внешнего контура циркуляции Л7

1.4 кран подачи воды из водной магистрали центрифугу ЦГ 1.1 для промывки твердого п-нитрозофенола

1.5 кран слива фильтрата из центрифуги ЦГ1.1

Линии

Л1 линия подачи раствора фенола во внешний контур циркуляции Л7

Л2 линия подачи раствора нитрита натрия во внешний контур циркуляции Л7

Л3 линия подачи раствора серной кислоты во внешний контур циркуляции Л7

Л4 верхняя линия для заполнения или промывки внешнего контура циркуляции Л7

Л5 нижняя линия для заполнения или промывки внешнего контура циркуляции Л7

Л6 линия подачи потока жидкой фазы из внешнего контура циркуляции Л7 в реактор Р1.1

Л7 внешний контур циркуляции, включающий линию Л14 подачи потока жидкой фазы в теплообменник ТО1.1 и линию Л15 отвода потока жидкой фазы из теплообменника ТО1.1

Л8 линия подачи твердого п-нитрозофенола и маточного раствора из реактора Р1.1 в центрифугу ЦГ1.1

Л9 линия подачи воды из водной магистрали в центрифугу ЦГ1.1 для промывки твердого п-нитрозофенола

Л10 линия отвода твердого п-нитрозофенола из центрифуги ЦГ1.1

Л11 линия отвода маточного раствора из центрифуги ЦГ1.1 в емкость Е1.4 для хранения и утилизации после отделения твердого п-нитрозофенола

Л12 линия подачи в реактор Р1.1 газа для создания инертной атмосферы

Л13 линия отвода газообразных продуктов реакции (газовой фазы) для улавливания и нейтрализации

Л14 линия подачи потока жидкой фазы в теплообменник ТО1.1

Л15 линия отвода потока жидкой фазы из теплообменника ТО1.1

Л16 линия слива содержимого из реактора Р1.1

Осуществление изобретения

Далее приведен частный пример осуществления данного изобретения.

Описанный пример приведен исключительно в целях иллюстрации. Специалисту в данной области очевидно, что возможны и иные варианты осуществления изобретения без изменения его сущности.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения установка для нитрозирования фенола, содержит:

- внешний контур циркуляции Л7, оснащенный:

насосом Н1.4;

теплообменником ТО1.1;

линией Л14 подачи потока жидкой фазы в теплообменник ТО1.1, которая соединена с линией Л1 подачи раствора фенола, линией Л2 подачи раствора нитрита натрия и линией Л3 подачи раствора серной кислоты;

линией Л15 отвода потока жидкой фазы из теплообменника ТО1.1;

средство ТР1.1 для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника ТО1.1, между линией Л6 подачи потока жидкой фазы в реактор Р1.1 и линией Л14 подачи потока жидкой фазы в теплообменник ТО1.1;

- реактор Р1.1. для кристаллизации п-нитрозофенола из потока жидкой фазы с образованием твердого п-нитрозофенола и маточного раствора, оснащенный:

мешалкой М1.1;

охлаждающим элементом ОЗ1.1;

линией Л12 подачи в реактор газа;

линией Л13 отвода газовой фазы;

линией Л8 отвода твердого п-нитрозофенола и маточного раствора из реактора Р1.1 в устройство ЦГ1.1 для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора;

- устройство ЦГ1.1 для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора, оснащенное:

линией Л9 подачи воды для промывки твердого п-нитрозофенола;

линией Л10 отвода твердого п-нитрозофенола;

линией Л11 отвода маточного раствора.

Предлагаемая установка для нитрозирования фенола выполнена с возможностью обеспечения работы установки в непрерывном режиме.

Во внешнем контуре циркуляции линия Л3 подачи раствора серной кислоты, линия Л1 подачи раствора фенола, насос Н1.4, линия Л2 подачи раствора нитрита натрия расположены на линии Л14 подачи потока жидкой фазы в теплообменник последовательно друг за другом.

Во внешнем контуре циркуляции Л7 линия Л15 отвода потока жидкой фазы из теплообменника ТО1.1 оснащена датчиком ТТ1.1 контроля температуры и датчиком рН1.1 измерения рН. Датчик рН1.1 измерения рН во внешнем контуре циркуляции выполнен с возможностью передачи сигнала для дозирования подачи раствора серной кислоты насосом Н1.3.

Во внешнем контуре циркуляции Л7 средство ТР1.1 для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника ТО1.1, выполнено с возможностью регулировать объемное соотношение частей потока жидкой фазы, получаемых в результате разделения потока.

Во внешнем контуре циркуляции Л7 средство ТР1.1 для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника ТО1.1, представляет собой перелив-тройник. Перелив-тройник оснащен диоптром (на схеме не показан).

Теплообменник ТО1.1 во внешнем контуре циркуляции Л7 представляет собой двухкорпусный трубчатый теплообменник.

Насос Н1.4 во внешнем контуре циркуляции Л7 представляет собой центробежный насос.

Внешний контур циркуляции Л7 оснащен верхней Л4 и нижней Л5 линиями для заполнения внешнего контура циркуляции.

Во внешнем контуре циркуляции Л7 линия Л1 подачи раствора фенола, линия Л2 подачи раствора нитрита натрия и линия Л3 подачи раствора серной кислоты оснащены насосами Н1.1, Н1.2, Н1.3, соответственно.

Внешний контур циркуляции Л7 оснащен верхней линией Л4 и нижней линией Л5 для заполнения внешнего контура циркуляции Л7.

Реактор Р1.1 оснащен датчиком ТТ1.2 контроля температуры и датчиком рН1.2 измерения рН.

В реакторе Р1.1 линия Л12 подачи в реактор газа расположена в реакторе Р.1.1 таким образом, что указанный газ вводится под слой жидкости.

В реакторе Р1.1 линия Л13 отвода газообразных продуктов реакции оснащена скруббером (на схеме не показан), а механическая мешалка М1.1 представляет собой лопастную многоярусную мешалку.

Устройство ЦГ1.1 для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора представляет собой горизонтальную центрифугу со скребковой выгрузкой твердого п-нитрозофенола.

Пример 1. Получение п-нитрозофенола из фенола с помощью предлагаемой установки

Перед началом реакции нитрозирования внешний контур циркуляции Л7 заполняют водой или отработанным маточным раствором с помощью кранов 1.3 и 1.2 для обеспечения работы центробежного насоса Н1.4.

После заполнения внешнего контура циркуляции Л7 водой в него с помощью насосов Н1.2, Н1.2, Н1.3 по линиям Л1, Л2 и Л3 подают исходные растворы фенола, нитрита натрия, серной кислоты, соответственно.

Для приготовления раствора фенола используют добавку уксусной кислоты для повышения стабильности раствора. В присутствии уксусной кислоты не происходит расслоения раствора фенола с водой в самом широком диапазоне концентраций, что обеспечивает образование однородной реакционной массы и способствует более эффективному протеканию реакции нитрозирования.

Дозирование раствора серной кислоты во внешний контур циркуляции Л7 осуществляют с помощью насоса Н1.3 в соответствии с показаниями pH-метра для поддержания pH раствора, равным 3±0,2.

Так как реагенты подаются во внешний контур циркуляции Л7 непрерывно, в нем создается избыток объема реакционной массы. После начала подачи исходных реагентов по линиям Л1, Л2 и Л3 избыток реакционной массы естественным образом удаляется из внешнего контура циркуляции Л7 в реактор Р1.1 через перелив-тройник ТР1.1 по линии Л6. В реакторе Р1.1 происходит окончательное прохождение реакции, и кристаллизация п-нитрозофенола с образованием твердого п-нитрозофенола и маточного раствора.

Отсутствие застойных зон в реакторе Р1.1 обеспечивается двурядной пропеллерной мешалкой, которая создает восходящий поток. Температура в реакторе Р1.1 не должна превышать 3-5°С для обеспечения полного выпадения продукта и сохранения стабильности раствора. Поддержание температуры в реакторе осуществляют с помощью охлаждающего змеевика. Температуру и рН реакционной массы в реакторе Р1.1 контролируют датчиками ТТ1.2 и pH1.2, соответственно.

Для удаления из реакционной массы нитрозных газов в реактор Р1.1 по линии Л12 подается ток газа для создания инертной атмосферы, например, аргон или азот. Для более эффективного удаления нитрозных газов аргон или азот вводят под слой жидкости. Далее газообразные продукты реакции выводятся из реактора Р1.1 для улавливания и утилизации по линии Л13, оснащенной скруббером с орошением щелочным раствором.

Твердый п-нитрозофенол и маточный раствор самопроизвольно поступают из реактора Р1.1 в устройство ЦГ1.1 для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора, в качестве которого наиболее удобно и целесообразно использовать горизонтальную центрифугу ЦГ1.1 со скребковой выгрузкой твердой фракции. Отжатый твердый п-нитрозофенол выводится из центрифуги ЦГ1.1 по линии Л10. При необходимости в дальнейшем продукт может быть подвергнут сушке любым мягким способом при температуре не более 40°С, например, при пониженном давлении или во взвешенном слое в токе газа.

В ходе реакции нитрозирования в качестве побочного продукта попутно образуется сульфат натрия. Однако, концентрации растворов исходных веществ подобраны таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить получение п-нитрозофенола с высоким выходом, а, с другой стороны, гарантировать полное растворение образующегося сульфата натрия.

В Таблице 1 в качестве примера приведены технологические параметры реакции нитрозирования фенола, осуществляемой с использованием установки согласно изобретению. Указанные в Таблице 1 количественные характеристики реакции нитрозирования приведены исключительно в целях иллюстрации и относятся только к одному из возможных вариантов осуществления с применением установки согласно изобретению. Специалисту в данной области очевидно, что количественные параметры реакции могут быть подобраны иным образом, что не скажется на работе самой установки.

Таблица 1 - Материальный баланс реакции нитрозирования в непрерывном режиме

В результате в качестве продукта получают п-нитрозофенол с минимальной примесью твердого сульфата натрия в количестве не более 3%.

Совокупность примененных технических решений позволяет получать п-нитрозофенол в непрерывном режиме с производительностью 0,87 кг/час с выходом продукта 83% от теоретического и чистотой 97%.

Настоящее изобретение относится к оборудованию для тонкого органического синтеза и фармацевтической химии, а именно к установке для нитрозирования фенола. Данная установка содержит внешний контур циркуляции, реактор для кристаллизации п-нитрозофенола из потока жидкой фазы с образованием твердого п-нитрозофенола и маточного раствора, и устройство для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора. Внешний контур циркуляции оснащен насосом, теплообменником, линией подачи потока жидкой фазы в теплообменник, которая соединена с линией подачи раствора фенола, линией подачи раствора нитрита натрия и линией подачи раствора серной кислоты, линией отвода потока жидкой фазы из теплообменника, а также средством для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, между линией подачи потока жидкой фазы в реактор и линией подачи потока жидкой фазы в теплообменник. Реактор для кристаллизации п-нитрозофенола оснащен мешалкой, охлаждающим элементом, линией подачи в реактор газа, линией отвода газовой фазы, линией отвода твердого п-нитрозофенола и маточного раствора из реактора в устройство для отделения твердого п-нитрозофенола. Устройство для отделения твердого п-нитрозофенола оснащено линией подачи воды для промывки твердого п-нитрозофенола, линией отвода твердого п-нитрозофенола и линией отвода маточного раствора. Технический результат - повышение производительности работы установки с целью получения высокого выхода готового продукта одинаково высокого качества. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Установка для нитрозирования фенола, которая содержит:

- внешний контур циркуляции, оснащенный:

насосом;

теплообменником;

линией подачи потока жидкой фазы в теплообменник, которая соединена с линией подачи раствора фенола, линией подачи раствора нитрита натрия и линией подачи раствора серной кислоты;

линией отвода потока жидкой фазы из теплообменника;

средством для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, между линией подачи потока жидкой фазы в реактор и линией подачи потока жидкой фазы в теплообменник;

- реактор для кристаллизации п-нитрозофенола из потока жидкой фазы с образованием твердого п-нитрозофенола и маточного раствора, оснащенный:

мешалкой;

охлаждающим элементом;

линией подачи в реактор газа;

линией отвода газовой фазы;

линией отвода твердого п-нитрозофенола и маточного раствора из реактора в устройство для отделения твердого п-нитрозофенола;

- устройство для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора, оснащенное:

линией подачи воды для промывки твердого п-нитрозофенола;

линией отвода твердого п-нитрозофенола;

линией отвода маточного раствора.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью обеспечения работы установки в непрерывном режиме.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что во внешнем контуре циркуляции линия подачи раствора серной кислоты, линия подачи раствора фенола, насос, линия подачи раствора нитрита натрия расположены на линии подачи потока жидкой фазы в теплообменник последовательно друг за другом.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что линия отвода потока жидкой фазы из теплообменника оснащена датчиком контроля температуры и датчиком измерения рН, при этом реактор оснащен датчиком контроля температуры и датчиком измерения рН.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что средство для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, выполнено с возможностью регулировать объемное соотношение частей потока жидкой фазы, получаемых в результате разделения потока.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что средство для разделения потока жидкой фазы, отводимого из теплообменника, представляет собой перелив-тройник;

теплообменник представляет собой двухкорпусный трубчатый теплообменник;

насос представляет собой центробежный насос;

внешний контур циркуляции оснащен верхней и нижней линиями для заполнения внешнего контура циркуляции;

линия подачи раствора фенола, линия подачи раствора нитрита натрия и линия подачи раствора серной кислоты оснащены насосами, предпочтительно перистальтическими насосами,

а датчик измерения рН во внешнем контуре циркуляции выполнен с возможностью передачи сигнала для дозирования подачи раствора серной кислоты насосом.

7. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что перелив-тройник оснащен диоптром.

8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что линия подачи в реактор газа расположена в реакторе таким образом, что указанный газ вводится под слой жидкости.

9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что линия отвода газовой фазы оснащена скруббером, предпочтительно скруббером с орошением щелочным раствором,

механическая мешалка представляет собой лопастную многоярусную мешалку, предпочтительно лопастную многоярусную мешалку, выполненную с возможностью создавать восходящий поток,

при этом охлаждающий элемент представляет собой охлаждающий змеевик.

10. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для отделения твердого п-нитрозофенола от маточного раствора представляет собой центрифугу, предпочтительно горизонтальную центрифугу со скребковой выгрузкой твердого продукта.