Устройство для непрерывного получения азопигмента Советский патент 1992 года по МПК C09B29/20 G05D27/00 

Изобретение относится к тонкому органическому синтеза и может быть использовано в производстве азокрасителей.

В в промышленности азопигменты получают путем азосочетания по периодической технологии. При азосочетаниях различных диазо- и азосоставляющих обычно прибавляют охлажденный раствор соли диазония к охлажденному раствору азосоставляющей, которому прибавлением кислоты или щелочи сообщена нужная реакция среды. Азосочетание заканчивается при избытке азосоставляющей, чтобы в продукте не было свободного диазосоединения, которое своими вторичными превращениями может сильно ослбжнить реакцию, увеличив количество побочных продуктов Пигмент

выделяется в виде кристаллов вследствие его малой растворимости, Устройство для осуществления данного способа представляет емкостной аппарат объемом до 50 м3 (для крупнотоннажных марок пигментов) с механическим перемешиванием для гомогенизации суспензии.

Устройство, реализующее описанный способ, требует больших капитальных вложений, обладает плохой регулируемостью и низкой единичной мощностью.

Известно устройство для непрерывного получения азопигментов, представляющее собой аппарат колонного типа, имеющее в нижней части штуцер для ввода азосоставляющей. По высоте на стенке аппарата размещены штуцеры для ввода диазосооэ

, (

ставляющей и щелочного агента. В верхней части аппарата установлен штуцер для отвода суспензии пигмента. По центру аппарата проходит вал с насаженными на него мешалками.

Недостаток известного устройства заключается в том, что невозможно совместить ламинарное движение реакционной массы вдоль оси аппарата интенсивным перемешиванием реакционной массы, требующимся для гомоЈенизации суспензии. При ин тёнс йв й6м перемешивании возникают п ристенное токи, нарушающие ламинарный режим движения реакционной массы и ее однородность по времени пребывания, что приведет к неполноте превращения в аппарате и большому разбросу размеров крис.аллов пигмента. В случае интенсивного перемешивания вблизи точек ввода диа- зосоставляющей возникают локальные зоны с ее избытком, что в щелочной среде приведет к разложению дмазосоединения, снижению выхода пигмента и ухудшению его потребительских свойств.

Цель изобретения- повышение качества озопигм ентов и расширение номенклатуры модификаций азопигментов, которые могут быть получены на установке непрерывного действия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве процесс азосочётаМш осуществляют при турбулентном режиме движе- .ния потока, поддерживая убывающий профиль подачи диазораствора и заданный профиль рН по длине реактора при использовании автоматического регулирования содержания азосоставляющей в суспензии пигмента, поддерживая ее концентрацию в пределах 0,001-0,01 моль/л, причем для получения мелких кристаллов пигмента во всех точ ках ввода диазораствора автоматически поддерживают значение рН среды сочетания, соответствующее максимальной скорости азосочетаыия, а для получения крупных кристаллов пигмента во всех точках ввода диазораствора поддерживают монотонно изменяющийся профиль рН по длмне реактора в диапазоне от рНмаксг(2-6 рН) на входе до рНмакс на выходе реактора Устройство для непрерывного получения азопигментов выполнено в виде блоков трубного типа, содержащих последовательно соединенные камерами смешения вертикальные трубы и форсунки, закрепленные на трубах подачи диазорст- вора в трубное пространство первой зер- тикальной трубы каждого блока в направлении обратном движению азосоставляющей, дополнительный штуцер для подачи азосоггав,1яющей установленный

на последней камере смешения предпоследнего блока; на выходах трубных блоков смонтированы датчики рН, а на выходе последнего блока расположено устройство

для измерения концентрации азосостзв- ляющей в суспензии пигмента, причем штуцеры для подачи щелочного агента смонтированы во входных камерах смешения блоков, а штуцер подачи азосоставляю0 щей установлен на входе в трубу первого блока.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства непрерывного полумения азопигментов; на фиг. 2 - принципиальная

5 схема одного блока реактора азосочетания. Устройство содержит линии подачи азосоставляющей 1, щелочного агента 2 и диазораствора 3 в аппарат 4 азосочетания, датчики 5 рН среды сочетания, регуляторы

0 6, клапаны 7 подачи щелочного агента в каждый блок реактора 4, устройство 8 для измерения концентрации азосоставляющей в суспензии пигмента, регулятор 9 и клапан 10 подачи азосоставляющей на вход послед5 него блока реактора азосочетания.

Реактор (фиг, 2} состоит из вертикальный труб 11 и 12, попарно соединенных камерами 13 смешения, форсунок 14 для распыления диазораствора и т руб 15 подачи

0 диазораствора в блок реактора азосочетания, штуцеров для подачи азосоставляющей 16 и щелочного агента 17 в блоки реактора азосочетания, При этом форсунки 14 закреплены на трубах 15 подачи диазораство5 ра в трубное пространство трубы 11 так, чтобы диазораствор подавать коаксиально навстречу потоку азосоставляющей, С целью устранения возможности образования застойных зон присоединение нечет0 ных труб, кроме первой, к нижней камере смешения производится заподлицо.

Диазораствор подается на вход каждого блокл реактора по трубам 15 (фиг. 2) через форсунки 14 под высоким давлением коак5 сиально навстречу потоку азосоставляющей, При этом азосоставляющая подается в нижнюю часть трубы 11 (фиг. 2) первого блока реактора азосочетания. Происходит смешение диззо- и ззосоставляющих и их

0 химическое взаимодействие. Высокое давление необходимо для турбулизации потока в трубе. Турбулентный режим перемешивания реакционной массы () необходим для гомогенизации суспензии пигмента

5 и обеспечивает увеличение скорости массо- отдзчи между поверхностью кристаллов пмгментз и жидкой фазой,

Далее реакционная масса поступает на верхнюю камеру 13 смешения (фиг. 2), в котооую через штуцер 14 подается щелочной агент, и затем по трубе 11 в нижнюю камеру 13 смешения Камеры 13 смешения служат для ликвидации локальных областей повышенной концентрации неустойчивого диазораствора. Автоматическая система регулирования, включающая датчик 5 рН (фиг. 1), выход которого связан с регулятором б, воздействующим на клапан 7, стабилизирует требуемое значение рН в блоке реак- тора 4 азосочетания. Для получения мелкокристаллического пигмента значение рН соответствует максимальной скорости азосочетания. Для получения крупнокристаллического продукта величина рН в первом блоке отличается на 2-6 ед. в большую ипи меньшую сторону от значения, соответствующего максимальной скорости азосочетания, а в последнем блоке рК соответствует максимальной скорости азосочетания. Экспериментальные исследования показывают, что отклонение от значения рНмакс, соответствующего максимальной скорости азосочетания менее, чем на 2 ед., не приводит к эффекту увеличения размеров кристаллов. Отклонение более, чем на 6 ед. рН приводит к чрезмерному понижению скорости целевой реакции и уменьшению выхода красителя.

Помимо кислотности среды существенным фактором, влияющим на соотношение скоростей азосочетания и разложения диа- зосоединения, является концентрация азо- составлчющей. Распределение подачи диазораствора по трубным блокам реактора 4 приводит к повышению избытка азосо- ставляющей в зоне реакции, что позволяет увеличить скорость сочетания, одновременно снижая концентрацию диазосоединения и скорость его разложения.

Автоматическая система регулирования, включающая устройство (фиг. 1) для измерения концентрации азосоставляю- щей, на выходе реактора 4 сочетания, выход которого связан с регулятором 9, воздействующим на клапан 10, регулирует значение концентрации аз осоставляющей на выходе аппарата сочетания в пределах 0,001-0,01 моль/л. Подача азосоставляю- щей в последнюю секцию и количестве более 5% нецелесообразна в связи с необходимостью достижения в последней точке ввода диазосоставляющей стехиометриче- ского равенства. Поддержание избытка азо- составляющей в суспензии пигмента1 на выходе реактора 4 сочетания способствует более полному протеканию реакции asdco- четания, приводит к улучшению и стабильности колористических свойств пигмент9В.

Снижение концентрации азосоставляю- щей в суспензии пигмента ниже 0,001 моль/л

недопустимо в связи с увеличением скорости разложения диазосоединения и ухудшением качества пигмента. Увеличение избытка составляющей свыше 0,01 моль/л 5 нецелесообразно в связи с повышением расходных норм дорогостоящего сырья.

Предложенная конструкция реактора азосочетания позволяет подключить дополнительные блоки или отключать лишние

0 блоки аппарата в связи с необходимостью увеличения или уменьшения в ремени пребывания реакционной массы в зоне реакции, а также в сйязи с необходимостью изменения простр гГн етвенно-времениой

5 структуры потоков в аппарате, что позволяет оптимальным образом выбирать требуемую конфигурацию реактора в зависимости от выпускаемого красителя.

П р и м е р 1. Аппарат азосочетания

0 имеет объем 2,25 л, общую длину трубчатой части 6,4 м, диаметр трубы 0,02 м. Аппарат содержит четыре камёр ы смешения с объемом камеры 0,062 л. На участках трубы после каждой камеры для ввода

5 диазосоставляющей установлены электроды рН-метра, На вход трубчатого аппарата подают раствор 2-нафтолята (азосоставляю- щая) с концентрацией 0,3 моль/л в количестве 3 л/ч. Во вторую и четвертую камеры

0 (считая по ходу движения реакционной мас- .сы) подают в равных количествах раствор З-нитро-4-диазотолуола с общим расходом Зл/ч.

В первую и третью камеры подают рас5 твор углекислого натрия (щелочной агент) с концентрацией 1 моль/л. Расход углекислого натрия задают так, чтобы обеспечить рН 9 в обеих точках ввода диазосоединения. Расход азопигмента на выходе аппарата

0 азосочетания составляет 0,9 моль/ч, концентрация азосочетания составляет 0,9 моль/ч, концентрация азобоставляющей на выходе аппарате 0,005 моль/л.

Для сравнения с известным изобрете5 нием процесс азосочетания проводят в аппарате, который представляет собой вертикально установленную цилиндрическую емкость, диаметром 0,10 м, высотой 0,29 м и объемом 2,25 л. Аппарат снабжен

0 тремя штуцерами для ввода диазосоединения, тремя штуцерами для ввода щелочного агента, штуцерами для ввода азосоставляю- щей и отвода суспензии пигмента. Все штуцеры расположены в соответствии с

5 описанием известного устройства.

Расходы диаз- и азосоставляющей в эксперименте по прототипу берут такими же, как и в предлагаемом устройстве. Расход щелочного агента подбирают так, чтобы величина рН на выходе аппарата достшла

требуемого значения рН, приведенного в табл. 1.

П р и м е р 2. Аппарат для сочетания тот же, что и в примере 1. Подачи и концентрации растворов З-нитро-4-диазотолуола и 2- нафтолята осуществляют по примеру 1. Расход углекислого натрия в первую и третью камеры устанавливают так, чтобы обеспечить рН 7 в первой точке ввода диа- зосоединения и рН 9 во второй точке, Концентрация азосоставляющей на выходе 0,01 моль/л. Потребительские свойства образцов пигмента приведены в табл. 1,

ПримерЗ. Аппарат для сочетания тот же, что и в примере 1. Подачи и концентрации растворов З-нитро-4-диазотолуола и 2- нафтолгта осуществляют по примеру 1. Расход углекислого натрия в первую и третью камеры задают так, чтобы обеспечить величину рН 3 в первой точке ввода диазосоединения и рН 9 во второй точке. Концентрация азосоставляющей на выходе аппарата сочетания 0,001 моль/л,

Колористические свойства получаемого в дачных условиях пигмента приведены в табл .

При величине рН 9 в известном изобретении наблюдают неполное превращение и проскок обоих реагентов на выходе реактора.

Как следует из табл. 1, предлагаемое устройство позволяет обеспечить более ши- „рокий интервал изменения цветового тона пигмента, при этом для соответствующих значений цветового тона достигается большая насыщенность цвета. Кроме того, пигмент, полученный в предлагаемом устройстве, имеет (для соответствующих значений цветового тона) лучшую укрыви- стость м дисперсность.П

П р и м е р 4. Азосочетание З-нитро-4- диазотолуола с анилидом ацетоуксусной кислоты проводят в аппарате, имеющем объем 4,60 л, общую длину трубчатой части 11,3 м, диаметр трубы 0,02 м. Аппарат содержит 16 камер смешения с объемом одной камеры 0,062 л. На участках трубы после каждой камеры смешения для ваода диазо- составляющей установлены датчики рН- метра.

На вход трубчатого аппарата подают суспензию анилида ацетоуксусной кислоты с концентрацией 0,2 моль/л и расходом 2,5 л/ч. Во 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 и 16-ю камеры смешения в равных количествах подают раствор З-нитро-4-диазотолуола с концентрацией 0,3 моль/л и суммарным расходом 1,76 л/ч. Расход раствора углекислого натрия с концентрацией 0,2 моль/л в камеры смешения 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 и 15 выбирают

так, чтобы обеспечить рН 9 во всех точках ввода диазосоединения.

Расход пигмента желтого светопрочного на выходе реактора 0,5 моль/ч. Концентрация азосоставляющей на выходе 0,001 моль/л.

Процесс синтеза проводят в аппарате, который представляет собой вертикально установленную цилиндрическую емкость,

0 диаметром 0,10 м, высотой 0,59 м и объемом 4,60 л, Аппарат содержит 8 штуцеров для ввода диазососдинения, распределенных вертикально по высоте аппарата, и 8 аналогично расположенных штуцеров для ввода

5 щелочного агента,

Расходы диазо- и азосоставляющей в эксперименте по известному изобретению берут такими же, как и в предлагаемом устройстве. Расход щелочного агента подбира0 ют так, чтобы величина рН на выходе аппарата достигала заданного значения.

Потребительские свойства образцов пигмента приведены в табл, 2,

П р и м е р 5, Аппарат для сочетания тот

5 же, что и в примере 4. Подачи и концентрации растворов З-нитро-4-диазотолуола и 2- нафтолята те же, что и в примере 4. Расход раствора углекислого натрия s камеры сме- -шения задают так, чтобы обеспечить вели0 чину рН 4, 4,5, 5, 5,5, 6,7, 7,5 соответственно в 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8-й точках вводом диазосоединения. Концентрация азосоставляющей на выходе 0,05 моль/л.

Потребительские свойства пигмента

5 желтого приведены в табл. 2.

Как следует из табл. 2, в предлагаемом устройстве обеспечивается более широкий диапазон цветового тона пигмента желтого, причем дня соответствующих значений цве0 тового тона достигается лучшая укрыви- стость и насыщенность по сравнению с известным устройством,

Формула изобретения Устройство для непрерывного получе5 ния азопигмента, содержащее датчики и регуляторы рН, аппарат для сочетания диазо- с азосоставляющей с клапанами и линиями подачи и отвода диазораствора, щелочного агента, азосоставляющей и пигмента со0 ответственно, и регулируемые клапаны, отличающееся тем, что, с целью повышения качества целевого продукта и расширения функциональных возможностей, в его состав дополнительно введены

5 форсунки подачи диазораствора в противоток азосоставляющей и датчик концентрации азосоставляющей, а аппарат для сочетания азо- и диазосоставляющей выполнен в виде верхнего и нижнего рядов камер смешения, соединенных последовательно посредством вертикальных труб, причем верхние нечетные камеры смешения соединены через регулируемые клап§- ны с линией подачи щелочного раствора, а во входных вертикальных трубах этих камер установлены форсунки подачи диазораствора, которые через клапаны связаны с линией подачи диазорствора, вход первой верхней камеры смешения через клапан связан с линией подачи азо- составляющей, которая через регулируе0

мый клапан связана с двумя последними нижними камерами смешения, на выходе последней верхней камеры смешения установлен датчик концентрации азосо- ставляющей, выход которого через регулятор соединен с управляемым клапаном, установленным на линии подачи азо- составляющей, выходы датчиков рН через регуляторы соединены с управляемыми клапанами, установленными на линии подачи щелочного агента,

-Таблица 1

Использование изобретение позволяет повысить качество азопигментов и расширить номенклатуру модификаций азопигментов, которые могут быть получены на установке непрерывного действия. Сущность: устройство для непрерывного получения азопигментов выполнено в виде блоков трубного типа, содержащих последовательно соединенные камерами смешения вертикальные трубы и форсунки, закреп пенные на трубах подачи диазораствора в трубное пространство первой вертикальной трубы каждого блока в направлении, обратном движению азосоставляющей, дополнительный штуцер для подачи азосоетаеляющей, установленный на последней камере смешения предпоследнего блока, на выходах трубных блоков смонтированы датчики рН, а на выходе последнего блока расположено устройство для измерения концентрации азосоставляющей в суспензии пигмента, причем штуцеры для подачи щелочного агента смонтированы во входных камерах смешения блоков, а штуцер подачи азосоставляющей установлен - на входе в трубу первого блока. 2 ил., 2 табл. С

Значения насыщенности и цветового тона в таблице выражены в единицах равноконкрет- ной системы Рихтера

Таблица 2

Диазорастзор

фи.г.1

J

15

tt

IS

Фиг. 2

Ка вход следующего

л