СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИИ ПЕРЕЭТЕРИФИКАЦИИ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА АЛКИДНЫХ ЛАКОВ
METHOD OF CONTROLLING RE-ESTERIFICATION REACTION DURING PRODUCTION OF ALKYD VARNISH

Предлагаемое изобретение относится к области измерения электропроводности жидких сред и может быть использовано в химической, лакокрасочной и др. отраслях промышленности, в частности для контроля протекания реакции переэтерификации в процессе производства алкидных лаков.
Из уровня техники известны публикации исследований электропроводности различных материалов.
Измерения в промышленности: справочник, изд. в 3-х кн. Кн. 3. Способы измерения и аппаратура. (Пер. с нем. под ред. Профоса П.М. М., Металлургия, 1990 г., стр. 169-171), а.с. РФ №1664030 А1, кл. G01R 27/26, 1989 г., Способ определения удельной электропроводности жидкости. Известны устройства для измерения электропроводности и электрического сопротивления жидких сред: пат. РФ №2490651 С2, кл. G01R 27/00, 2011 г., Ячейка для измерения электрической проводимости жидкости; пат. РФ №2491538 С1, кл. G01N 27/06, 2012 г., Контактный датчик удельной электрической проводимости жидкости; а.с. СССР №1221569, кл. G01N 27/02 1986 г. Устройство для измерения электропроводности водных растворов, а.с. СССР №2105317, кл. G01R 27/22, G01N 27/02, 18.09.1992 г. Устройство для измерения удельного электрического сопротивления жидких сред.
Известно достаточно много устройств для измерения электропроводности, но применение свойств электропроводности в промышленности выявлено мало. Известен, например, Способ измерения уровня электропроводной жидкости, а.с. СССР №520943, кл. G01F 23/24, 1972 г.
Применение свойств электропроводности в химическом синтезе, в частности в процессе производства алкидных лаков, в результате патентного поиска обнаружить не удалось.
В настоящее время в соответствии с «Технологическим регламентом производства алкидных полуфабрикатных лаков марок ПФ-060, ПФ-053, ГФ-046», ТУ 2311-018-73230535-2013, TP-1-001-2013 (прототип), процесс стадии переэтерификации проводится следующим образом: в реактор загружают рецептурное количество растительного масла и глицерина, затем производят нагрев смеси при включенной мешалке. При достижении температуры 90-100°C производят загрузку раздробленной канифоли и продолжают нагревать массу до достижения температуры 240-245°C. Выдерживают реакционную массу при данной температуре до завершения реакции переэтерификации, о чем судят по растворимости пробы в этиловом спирте в соотношении 1:3 по объему. Первую пробу берут через 1 час выдержки, далее через каждые 0,5 часа. Процесс переэтерификации считается законченным, если раствор пробы в 3-кратном количестве этилового спирта является прозрачным. Если через 3 часа выдержки растворимость в 3-кратном количестве этилового спирта не достигается, но проба полностью растворяется в соотношении 1:1, процесс переэтерификации можно считать законченным.
В известном способе контроль за ходом протекания процесса представляет собой определенные трудности, так как необходимо часто отбирать пробы, а температура рабочей смеси в момент отбора пробы составляет 240-245°С. Необходимо охлаждать пробу до 20°С и только потом растворять в спирте, а это требует затрат времени, за которое реакция продолжается.
Недостатками существующего способа контроля за ходом реакции процесса переэтерификации является необходимость частого отбора проб, что само по себе достаточно опасно, поскольку температура проб равна 240-245°С, требует больших затрат времени и энергии на подготовку проб к анализу, для охлаждения их до температуры 20°С.
Задачей, стоящей перед изобретением, является создание безопасного, быстродействующего, энергомалозатратного способа контроля.
Поставленная задача решается за счет постоянного измерения электропроводности рабочей смеси в процессе нагрева путем пропускания через нее электрического тока с помощью встроенных в технологический трубопровод электродов.
Сущностью предлагаемого изобретения является то, что в процессе образования новых химических веществ применяют измерение изменения электропроводности исходной смеси. Известно, что различные жидкости имеют разную электропроводность. Так, например, масла минеральные и растительные не проводят электрический ток, имеют очень высокое электрическое сопротивление, являются изоляторами, а растворы солей натрия или калия в воде или раствор серной кислоты в воде очень хорошо проводят электрический ток. Это явление положено в основу заявки способа контроля протекания реакции переэтерификации растительных масел в процессе производства алкидных лаков. Измерения показали, что исходная смесь имеет электропроводность 4,08 мА, затем после достижения 200°С (начало реакции переэтерификации) электропроводность начинает расти, при температуре 230°С показания равны 5,4 мА, температура рабочей смеси доводится до рабочей температуры 240°-245°С и дается выдержка при этой температуре, в течение которой электропроводность рабочей смеси увеличивается до 11,0 мА и дальнейшего увеличения ее не наблюдается.
Преимущество данного способа контроля за реакцией переэтерификации состоит в том, что нет необходимости измерять абсолютные величины электропроводности рабочей смеси. На величину электропроводности рабочей смеси влияют несколько факторов: а) уровень температуры; б) тип рабочей смеси; в) неоднородность рабочей смеси; г) расстояние между измерительными электродами; д) сечение измерительной трубы; е) материал измерительных электродов; ж) загрязнение измерительных электродов. Для предложенного способа контроля нет необходимости учитывать все эти факторы. Достаточно лишь следить за изменением электропроводности во время выдержки при заданной рабочей температуре и по достижении максимума можно считать реакцию завершенной. Отпадает необходимость частого отбора проб и их анализа, что значительно повышает безопасность ведения процесса, учитывая, что каждая проба имеет температуру 240-245°С.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется графическим изображением, где показана зависимость электропроводности от времени реакции и температуры.
На горизонтальной оси показано изменение температуры рабочей смеси в течение времени. В течение нагрева рабочей смеси реакции переэтерификации не происходит и электропроводность остается неизменной и равной 4,08 мА. При 200°С начинается реакция переэтерификации и электропроводность начинает расти. Нагрев продолжается до 240-245°С и вместе с нагревом увеличивается накопление продуктов реакции - моно- и диглицеридов и, как следствие, увеличивается электропроводность, значения которой приведены на вертикальной оси. Как показано на графике, температура рабочей смеси достигает 240°-245°С, затем следует выдержка. За время выдержки электропроводность рабочей смеси достигает значения 11,0 мА и дальнейшего роста не наблюдается.
Предлагаемый способ контроля за реакцией переэтерификации осуществляется следующим образом.
В реактор загружают рецептурное количество растительного масла и глицерина и производят нагрев смеси до температуры 90-100°С, затем загружают раздробленную канифоль и продолжают нагрев до температуры 240-245°С. По достижении температуры 240-245°С делается выдержка. В течение нагрева измеряют электропроводность рабочей смеси. Измерения электропроводности производят следующим образом: в технологический трубопровод, по которому движется реакционная смесь, встроен электрод (вторым электродом служит сам трубопровод). На электроды подается стабилизированное постоянное напряжение и подключается измерительный прибор - миллиамперметр. По мере протекания реакции изменение электропроводности отражается на шкале миллиамперметра. В начальной стадии после загрузки и до достижения рабочей смесью температуры 200°С электропроводность остается неизменной и равна 4,08 мА. Смесь глицерина, канифоли и растительного масла практически не проводит электрический ток. По мере протекания реакции переэтерификации электропроводность смеси начинает расти, достигает максимума, равного 11,0 мА, и не изменяется при выдержке при температуре 240°-245°С в течение 10-15 мин (на графике измерения это выражается в виде выхода на плато), что может служить сигналом окончания реакции. Для того чтобы убедиться, что реакция прошла в полном объеме и процесс переэтерификации можно считать законченным, проводятся контрольные лабораторные анализы в соответствии с регламентом.
Технический результат от использования предложенного способа контроля реакции переэтерификации измерением электропроводности рабочей смеси заключается в том, что способ позволяет отказаться от отбора проб и выполнения промежуточных анализов, сделать контроль комфортным и безопасным, позволяет отслеживать момент завершения реакции переэтерификации, что повышает безопасность ведения процесса, и способствует экономии электроэнергии.
Таким образом, поставленная задача решена.