СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕНТАЭРИТРИТО-ФОРМИАТНОГО МАТОЧНОГО РАСТВОРА
METHOD OF PROCESSING COMMERCIAL PENTAERYTHRITOL-FORMIATE MOTHER SOLUTION

Предлагаемое изобретение относится к технологии органического синтеза, а именно к способу получения пентаэритрита и формиата натрия, и может быть использовано в химической, лакокрасочной и других областях промышленности.
Известен способ выделения пентаэритрита, дипентаэритрита и полипентаэритрита из маточных растворов, полученных после выделения пентаэритрита (патент РФ №857102, C07C 31/24, 1981). Известный способ заключается в нагреве исходного раствора до 90-107°C и охлаждении полученной смеси в два приема до 15-45°C, с отделением фильтрацией выпавшего в осадок полипентаэритрита и дипентаэритрита с дальнейшим упариванием остаточного раствора и кристаллизацией пентаэритрита.
Недостатком известного способа является повышение вязкости при охлаждении высококонцентрированной смеси, что снижает эффективность разделения пентаэритрита и формиата натрия в маточном растворе.
Известен способ переработки смеси маточных пенаэритритно-формиатных растворов (патент РФ 2304012, B01D 1/26, D01D 9/02, C07C 31/24, C07C 53/06, 2007), принятый в качестве ближайшего аналога, как наиболее близкий по решаемой технической задаче, заключающийся в концентрировании раствора до состояния насыщения по пентаэритриту выпариванием при пленочном течении раствора и кристаллизации пентаэритрита, проводимой в две ступени со снижением температуры на второй ступени и с последующим разделением на твердую и жидкую фазы.
Недостаток ближайшего аналога заключается в том, что при повышении качества и степени извлечения пентаэритрита из технического маточного раствора известный способ является технологически сложным.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности выделения пентаэритрита и формиата натрия из технического пентаэритрито-формиатного маточного раствора при обеспечении необходимого качества получаемых продуктов.
Технический результат заключается в обеспечении раздельной кристаллизации пентаэритрита и формиата натрия.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки технического пентаэритрито-формиатного маточного раствора, заключающемся в выделении пентаэритрита и отделении жидкой фазы, согласно изобретению, маточный раствор разбавляют водой до содержания в нем формиата натрия 30-32%, нагревают полученный раствор до температуры не менее 60°C, перемешивают его при этой температуре со скоростью 900-1000 об/мин не менее 4 часов, полученную суспензию фильтруют на вакуум-фильтре с осаждением пентаэритрита и отделением фильтрата, содержащего формиат натрия. Кроме того, осажденный пентаэритрит разбавляют водой до содержания пентаэритрита в смеси 23-25%, нагревают ее до температуры не менее 80°C, фильтруют с использованием активированного угля, упаривают и сушат полученный осадок.
Технический результат обеспечивается тем, что маточный раствор разбавляют водой до концентрации преобладающего в нем компонента - формиата натрия 30-32%, что позволяет облегчить разделение пентаэритрита и формиата натрия в маточном растворе за счет исключения возможности их совместной кристаллизации и образования густых сиропообразных смесей из сахаров и других органических примесей, производных пентаэритритов, затрудняющих выделение пентаэритрита и формиата натрия и снижающих качество готовых продуктов. Опытным путем установлено, что наибольшее количество твердой фазы выделяется в процессе разделения маточного раствора, разбавленного водой до 30-32% по формиату натрия.
Известно, что проведение процесса кристаллизации при температуре не менее 60°C приводит к снижению вязкости растворов и способствует образованию более крупных кристаллов. При нагревании кристаллического осадка пентаэритрита в контакте с маточным раствором происходит процесс созревания осадка, заключающийся в растворении мелких кристаллов и упорядочении роста больших кристаллов. В результате образуется более чистый крупнокристаллический осадок с кристаллами более правильной формы. Совмещение нагревания маточного раствора с перемешиванием облегчает диффузию кристаллизующегося компонента к поверхности растущего кристалла и способствует уменьшению вязкости маточного раствора.
Практическим путем установлено, что из разбавленного маточного раствора с содержанием формиата натрия 30-32%, нагретого до температуры не менее 60°C, и при постоянном перемешивании раствора со скоростью 900-1100 об/мин в течение 4 часов обеспечивается выделение в твердую фазу более половины содержащегося в маточном растворе пентаэритрита при том, что полученная после фильтрования на вакуум-фильтре жидкая фаза, содержащая формиат натрия, возвращается на линию получения формиата натрия.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
80
3
Технический пентаэритрито-формиатный маточный раствор имеет плотность ρ=1,36-1,40 г/сми содержит значительное количество ценных компонентов: формиата натрия - 35-40% и монопентаэритрита - 18-26%, а также 2-3% органических примесей (продуктов побочных реакций) и остальное - воду.
Технический маточный раствор разбавляют водой до концентрации 30-32% по формиату натрия. Разбавление технического маточного раствора по преобладающему компоненту - формиату натрия проводят для того, чтобы избежать его моментальной кристаллизации при понижении температуры, так как состав исходного технического маточного раствора находится в области совместной кристаллизации пентаэритрита и формиата натрия.
Разбавленный технический маточный раствор подвергают кристаллизации путем постоянного перемешивания со скоростью 900-1100 об/мин при температуре 60°C в течение 4 часов. По истечению 4-часовой кристаллизации полученную пентаэритрито-формиатную суспензию отправляют на вакуум-фильтр для разделения на жидкую и твердую фазы. В ходе разделения на фильтре осаждается твердая фаза - пентаэритрит, содержащий в своем составе: монопентаэритрит - 61-84 мас.%; формиат натрия - 9-25%; примеси 3-12%, включающие дипентаэритрит и формали моно- и дипентаэритритов различного строения, а также сахаристые вещества, которые образуются вследствие конденсации формальдегида в щелочной среде и представляют собой смесь различных сахаров.
Полученный пентаэритрит может иметь показатель качества «цветность» - 700-750 единиц по платиново-кобальтовой шкале, указывающий на высокое содержание примесей. С целью снижения показателя «цветность» осажденный пентаэритрит разбавляют водой до содержания в полученной смеси пентаэритрита - 23-25% при температуре 80°C и пропускают полученный раствор через колонку, снабженную активированным углем под действием силы тяжести. Пропущенный раствор упаривают с дальнейшей сушкой полученного осадка.
50
3
Фильтрат, содержащий формиат натрия, полученный после стадии фильтрования, имеющий плотность ρ=1,2880-1,3075 г/см, включающий - монопентаэритрит - 11-13,5%, формиат натрия - 32-37% и примеси 8-13,5%, содержащие дипентаэритрит, формали моно- и дипентаэритритов различного строения, сахаристые вещества, возвращают на линию получения формиата натрия, с целью повышения выхода формиата натрия как готового продукта. При этом содержащийся в жидкой фазе пентаэритрит остается в технологическом потоке и выделяется при следующих циклах.
Пример.
Для проведения опытов по разделению маточного раствора на твердую и жидкую фазы отбирали пробы по 250 мл технического пентаэритрито-формиатного маточного раствора. Пробы разводили технологической водой до 30-32% содержания формиата натрия. Технологическая вода - это вода, используемая в ОАО «Метафракс» на производстве пентаэритрита, соответствующая по своему составу стандарту организации СТО 23-2007. Использование технологической воды в предлагаемом способе экономически выгодно.
Раствор перемешивали 4 часа при температуре 60°C и при скорости вращения мешалки 1000 об/мин. Далее раствор с осадком фильтровали под разряжением, используя воронку Бюхнера. Кристаллы твердой фазы получены достаточно крупными, поэтому фильтрование под разряжением проходило без затруднений. Осадок снимали с фильтра и сушили. Фильтрат и сухой осадок взвешивали, определяли концентрации монопентаэритрита и формиата натрия. Провели анализ твердой фазы на содержание сахаров, хроматографический анализ на содержание производных пентаэритрита, определение цветности по платиново-кобальтовой шкале.
Результаты опытов по разделению технического пентаэритрито-формиатного маточного раствора на твердую и жидкую фазы по предлагаемому способу: состав твердой и жидкой фазы и процентное содержание в них монопентаэритрита и формиата натрия в зависимости от содержания формиата натрия в разбавленном маточном растворе приведены в таблице.
Таблица
Содержание HCOONa в маточном растворе после разбавления, %
Характеристики продуктов разделения маточного раствора
Твердая фаза
Жидкая фаза
HCOONa, %
МПЭ, %
Σпримесей
Цветность, ед.
Плотность ρ<sup>50, </sup>г/см<sup>3</sup>
HCOONa, %
МПЭ, %
Σ примесей
31,93
16,49
74,00
3,07
750
1,3022
36,71
11,99
10,63
31,04
24,83
61,54
5,61
700
1,3241
35,33
12,63
10,25
30,00
14,40
70,26
11,94
750
1,3074
36,24
12,58
13,38
30,00
12,88
78,38
4,28
700
1,2999
32,99
12,25
10,85
30,00
9,98
83,68
2,76
700
1,2881
33,00
12,71
11,62
Примечание: HCOONa - формиат натрия; МПЭ - монопентаэритрит.
Проведенные опыты позволяют установить, что подобранные условия: содержание в разбавленный маточном растворе формиата натрия - 30-32%, нагрев разбавленного маточного раствора до температуры не менее 60°С, скорость его перемешивания - 900-1000 об/мин и время перемешивания - не менее 4 часов обеспечивают раздельную кристаллизацию пентаэритрита и формиата натрия и за счет этого позволяют выделить в твердую фазу до половины содержащегося в исходной пробе пентаэритрита.
При существующем в ОАО «Метафракс» годовом производстве технического маточного раствора 38188 тонн предлагаемый способ дополнительно позволяет выделить до 3800 тонн пентаэритрита.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить возможность раздельной кристаллизации пентаэритрита и формиата натрия и тем самым повысить технологичность переработки пентаэритрито-формиатного маточного раствора с выделением пентаэритрита и формиата натрия необходимого качества.