СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАЭРИТРИТА
METHOD OF PRODUCING PENTAERYTHRITOL

Изобретение относится к технологии получения многоатомных спиртов, может использоваться для получения пентаэритрита, применяемого в производстве лаков, пластических масс, взрывчатых веществ.
Известен способ получения пентаэритрита по а.с. №300018, С07С 31/24, 1971 г., конденсацией формальдегида с ацетальдегидом в присутствии гидроокиси щелочных или щелочноземельных металлов при нагревании с последующим выделением целевого продукта известными приемами. Недостатком является малое количество пентаэритрита на выходе, невысокое качество продукта.
Известен способ получения пентаэритрита по патенту на изобретение РФ №2053215, С07С 31/24, 1996. Способ включает взаимодействие ацетальдегида с формальдегидом в присутствии гидроксида натрия, ректификацию и выпаривание реакционной массы, кристаллизацию, фильтрование, промывку и сушку пентаэритрита. Из подсушенного продукта выделяют комки, измельчают их и проводят дополнительную термическую обработку теплоносителем. Недостатком является длительность процессов ректификации и кристаллизации, влияющая на качество получаемого продукта.
В качестве ближайшего аналога заявляемому изобретению выбрано техническое решение по патенту РФ на изобретение №2208009, С07С 31/24, 2003. Способ получения пентаэритрита с содержанием основного вещества более 98 мас.% и пентаэритрита, обогащенного дипентаэритритом в количестве 5-20 мас.%, заключается в конденсации ацетальдегида с формальдегидом в водной щелочной среде с последующими нейтрализацией реакционной смеси, десорбцией избытка формальдегида, выпариванием, вакуум-кристаллизацией, фильтрованием, промывкой и сушкой с выделением пентаэритрита. На следующей стадии фильтрат суспензии технического пентаэритрита и фильтрат со стадии перекристаллизации объединяют, выпаривают, подвергают вакуум-кристаллизации, фильтруют, перекристаллизовывают осадок в горячей воде, фильтруют и сушат с получением пентаэритрита. Недостатком является сложность и длительность процесса получения пентаэритрита высокого качества, длительное время конденсации ацетальдегида с формальдегидом, сложность технологического процесса, связанная с тем, что применение водного раствора формальдегида требует поддержания определенной его температуры при хранении и загрузке в реакцию. Кроме того, срок хранения водного раствора формальдегида, которым является формалин, очень невысок. Поэтому его получение должно проводиться непосредственно перед проведением конденсации формальдегида с ацетальдегидом, что значительно удлиняет и усложняет технологический процесс.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение технологичности процесса получения пентаэритрита при обеспечении необходимого качества продукта.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологичности процесса получения пентаэритрита.
Технический результат достигается за счет того, что в способе получения пентаэритрита, заключающемся в конденсации формальдегида с ацетальдегидом в присутствии едкого натра, кристаллизации, фильтровании и сушке пентаэритрита, согласно изобретению, в качестве источника формальдегида используют параформальдегид в виде гранул, в который добавляют воду при температуре 40±2°С и перемешивают в течение 4,5-5,5 минут, затем проводят предварительное растворение параформальдегида в щелочном растворе едкого натра, взятом в количестве 30% от общей загрузки едкого натра, в течение 15-16,5 минут при температуре от 40 до 45°С, далее в условиях охлаждения добавляют ацетальдегид, охлажденный до -10±0,1°С и остаточное количество едкого натра, постепенно повышая температуру конденсационного раствора до 60°С выдерживают в течение 15 минут, добавляют в конденсационный раствор муравьиную кислоту до достижения рН 6,5.
Технический результат обеспечивается тем, что в качестве источника формальдегида для конденсации используют параформальдегид, находящийся в твердом состоянии в виде гранул. Это позволяет использовать параформальдегид, произведенный ранее, хранящийся на складе или транспортируемый, в отличие от использования водного раствора формальдегида - формалина. Использование формалина в данном процессе возможно только при температуре его хранения не менее 60°С, что значительно усложняет технологический процесс. При меньшей температуре хранения и использования происходит реакция полимеризации. Использование параформальдегида в виде гранул облегчает процесс его хранения, доставки к реактору и загрузки. Предварительное растворение параформальдегида в воде, а затем в щелочном растворе едкого натра проводят с целью преобразования параформальдегида в формальдегид, необходимый для конденсации с ацетальдегидом. При этом происходит предварительный разрыв полимерной цепочки, позволяющий в дальнейшем сократить время процесса конденсации. Оптимальные условия предварительного растворения определены экспериментально. Данные приведены в таблице, из которой видно, что при количестве едкого натра 30%, взятом от общей его загрузки, при температуре 40-45°С и времени проведения предварительного растворения в течение 15 минут, на выходе получают наибольшее количество пентаэритрита - 89,69%, содержащего монопентаэритрита(МПЭ) - 86,79%, дипентаэритрита(ДПЭ) - 1,16%, биспентаэритритформаля(БПЭФ) - 1,74%.
Предварительное растворение параформальдегида в щелочи при t=40-45°C
Кол-во NaOH в % от общей загрузки
10
15
20
30
40
50
Время предв. растворения, мин
5
7,5
10
15
20
25
Выход МПЭ, %
86,45
85,13
85,55
86,79
84,44
85,97
Выход ДПЭ, %
1,06
1,14
0,93
1,16
0,73
0,95
Выход БПЭФ, %
1,45
1,40
1,51
1,74
1,49
1,09
∑ выход, %
88,96
87,68
87,98
89,69
86,66
88,00
Охлаждение ацетальдегида до -10±0,1°С перед началом реакции и загрузка его в реакционную емкость в условиях охлаждения также сокращает общее время синтеза, т.к. происходит ускорение процесса кристаллизации пентаэритрита. Добавление в конденсационный раствор кислоты до значения рН б,5 позволяет при данных условиях проведения конденсации не превышать допустимое значение сахара, повышенное содержание которого влияет на снижение качества продукта. В частности, ухудшает его цветность. Использование параформальдегида в виде гранул более технологично по сравнению с использованием в виде сыпучего порошка, т.к. гранулы не гигроскопичны, не слипаются при хранении, позволяют провести более равномерную загрузку пред началом рекции.
Процесс получения пентаэритрита с использованием в качестве исходного сырья параформальдегида проводят в три стадии. Первая стадия включает подготовку сырья. Для проведения синтеза пентаэритрита используют следующие компоненты: альдегид уксуный технический с массовой долей основного вещества - 99,79%, натр едкий технический с массовой долей основного вещества - 48,63%, параформальдегид «Granuform 91» с массовой долей основного вещества - 91,00%, муравьиную кислоту с содержанием основного вещества - 86,00%, воду дистиллированную. Перед загрузкой ацетальдегид охлаждают до температуры -10±0,01°С. Вторая стадия заключается в предварительном растворении параформальдегида в щелочном растворе. Необходимое количество воды и парафомальдегида загружают в перемешивающее устройство, проводят растворение параформальдегида при температуре 40°С в течение 5 минут при постоянном перемешивании со скоростью 300 оборотов в минуту. Далее добавляют рассчитанное количество едкого натра в количестве 30% от общей загрузки. Проводят третью стадию, включающую конденсацию альдегидов. После предварительного растворения параформальдегида в реакционную смесь дозированно добавляют рассчитанное количество ацетальдегида. Синтез пентаэритрита проводят при следующем мольном соотношении компонентов:
Ацетальдегид: Параформальдегид: Щелочь: Вода=1:8:1,2:72. В период дозированной подачи всех компонентов увеличивают температуру до 60°С.Синтез пентаэритрита проводят в течение 44-47 минут, далее в течение 15 минут проводят его выдержку. По истечении выдержки в конденсационный раствор добавляют муравьиную кислоту до достижения рН 6,5. Выход пентаэритрита составляет 86,79% от теоретического, содержание сахара в нем составляет 0,56%. Полученный пентаэритрит подвергают фильтрованию и сушке.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить технологичность процесса получения пентаэритрита за счет преимущества использования в качестве исходного сырья гранулированного пентаэритрита и уменьшения времени конденсации.