СПОСОБ ОЧИСТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО П-ФЕНИЛЕНДИАМИНА
METHOD OF PURIFYING TECHNICAL P-PHENYLENEDIAMINE

Изобретение относится к технологии получения п-фенилендиамина (ПФД), в частности к способу очистки его от примесей. П-фенилендиамин находит применение в качестве ускорителя вулканизации, окислителя, ингибитора окисления и полимеризации, антиоксиданта бензина, каучука и пластмасс, комплексообразователя, реактива для колориметрического анализа и спектрофотометрического определения, в производстве ряда лекарственных препаратов и биологически активных соединений. Весьма значительна роль п-фенилендиамина в производстве полиуретанов, полиамидов и арамидных нитей.
Для производства арамидных нитей выдвигаются очень высокие требования к качеству п-фенилендиамина, поэтому технический п-фенилендиамин необходимо очищать до массовой доли основного вещества 99,9% (мономерная чистота).
Известен способ очистки технического п-фенилендиамина вакуум-перегонкой при температуре в кубе 230-250°C и температуре паров на выходе из куба 180-190°C. Для получения продукта хорошего качества п-фенилендиамина вакуум-перегонку ведут с использованием эффективного вакуум-насоса. Кристаллизационные ковши, в которых конденсируются пары из куба, помещают в охлаждаемые водой формы, поскольку перегнанный продукт очень долго не застывает, перед дроблением его необходимо охлаждать в течение 36 ч. При преждевременном измельчении получают более темный продукт. [В.В.Коршак. Мономеры для поликонденсации. М., 1976 г. С.436.].
Недостатком известного способа является большая продолжительность и энергоемкость процесса.
Задачей заявляемого изобретения является разработка простого одностадийного способа очистки технического п-фенилендиамина.
Технический результат при использовании изобретения выражается в интенсификации производства, повышении качества целевого продукта.
Вышеуказанный технический результат достигается способом очистки технического п-фенилендиамина, заключающимся в том, что очистку осуществляют методом сублимации (возгонки) технического п-фенилендиамина путем нагревания его до 100-260°C в токе инертного газа (при одновременной подаче в зону нагревания инертного газа в качестве носителя образующихся паров п-фенилендиамина). Очистке подвергают технический п-фенилендиамин, содержащий 90-98% (масс) п-фенилендиамина и 2-10% (масс) смоляных остатков. В качестве инертного газа используют азот или гелий, не содержащие влагу и предварительно подогретые до 100-140°C. П-фенилендиамин и инертный газ подают в зону нагревания в пропорциональной зависимости количества кг/ч:л/ч как 1,0:0,5-1,0. Возгонку технического п-фенилендиамина осуществляют в аппарате колонного типа.
Сущность способа заключается в следующем.
Технический п-фенилендиамин, содержащий 90-98% п-фенилендиамина и 2-10% смоляных остатков неустановленного строения, температура кипения которых составляет выше 300°C, помещают (периодический процесс) или подают (непрерывный процесс) в куб реактора из нержавеющей стали, представляющий собой аппарат колонного типа. В кубе реактора включают обогрев и нагревают технический п-фенилендиамин. Температуру в кубе реактора поддерживают в пределах, соответствующих температуре начала сублимации и температуре ниже начала кипения п-фенилендиамина, что при атмосферном давлении составляет 100-260°C и соответствует условиям проведения процесса возгонки п-фенилендиамина, при этом авторами изобретения экспериментально установлено, что оптимальной для процесса возгонки п-фенилендиамина является температура в кубе реактора в пределах 160-170°C. Процесс возгонки п-фенилендиамина проводят при подаче инертного газа (азота или гелия) с равномерным распределением его по всему объему обогреваемого пространства куба реактора. Инертный газ подают в реактор в количестве, достаточном для обеспечения уноса сублимированного п-фенилендиамина из зоны обогрева (куба) реактора. Количество и скорость подачи газа определяют в зависимости от объема реактора, температуры куба и массы п-фенилендиамина. В ректор подают инертный газ, подогретый до 100-140°C. Для проведения процесса возгонки при температуре 160-170°C предпочтительным является подогрев азота или гелия до 120°C. С верха колонны сублимированные пары п-фенилендиамина и газ-носитель поступают в приемник. Температура в приемнике не выше 80°C. В приемнике п-фенилендиамин кристаллизуется. Газ-носитель и частично уносимый им п-фенилендиамин подают в ловушку, откуда инертный газ возвращают в рецикл. В приемнике собирают очищенный п-фенилендиамин и, по мере накопления, фасуют в герметичную тару.
Очищенный п-фенилендиамин представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей п-фенилендиамина 99,5-99,9% и температурой плавления 143-144°C. Выход п-фенилендиамина составляет 96-99%.
Способ подтверждается следующими примерами.
Пример 1. В куб реактора, представляющий собой аппарат колонного типа, снабженный рубашкой обогрева и термометром (или термопарой), под атмосферным давлением помещают техническую смесь ПФД в количестве 100 г, содержащую 90% ПФД и 10% смоляных остатков. Включают обогрев куба и при температуре 160°C подают подогретый до 120°C газ-носитель азот с объемным расходом 15 л/ч. С верхней части колонны газ-носитель с парами ПФД поступает в приемник. В приемнике, представляющем собой конусообразный аппарат, пары ПФД кристаллизуются в виде рыхлого сублимата, который выводят по мере накопления, а азот и частично уносимый им ПФД направляют в ловушку, откуда газ-носитель возвращают в цикл, а ПФД выводят по мере накопления.
Очищенный ПФД в количестве 89,2 г представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей 99,9% и температурой плавления 143-144°C. Выход по стадии очистки составляет 99%.
Пример 2. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 120°C гелий (объемный расход 10 л/ч). Возгонку осуществляют при температуре куба 170°C. Из технической смеси ПФД, содержащей 98% ПФД и 2% смоляных остатков, получают 98 г продукта. Продукт представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей ПФД 99,9% и температурой плавления 143-144°C. Выход по стадии очистки составляет 99,9%.
Пример 3. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 130°C гелий (объемный расход 10 л/ч). Возгонку технического ПФДА, содержащего 95% ПФД и 5% смоляных остатков, осуществляют при температуре куба 140°C. Получают 94,1 г продукта, представляющего собой кристаллы белого цвета с массовой долей 99,9% ПФД и температурой плавления 143-144°C. Выход по стадии очистки составляет 98,9%.
Пример 4. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 100°C азот при объемном расходе 5 л/ч. При температуре куба 200°C из технической смеси ПФД, содержащей 90% ПФД и 10% смоляных остатков, выделяют 88,3 г ПФД. Полученный продукт представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей 99,9% ПФД с температурой плавления 143-144°C. Выход по стадии очистки составляет 98%.
Пример 5. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 110°C гелий при объемном расходе 15 л/ч и при температуре куба 120°C из технической смеси ПФД, содержащей 95% ПФД и 5% смоляных остатков, выделяют 92,1 г ПФД. ПФД представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей 99,9% и температурой плавления 139-140°C. Выход по стадии очистки составляет 96,9%.
Пример 6. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 100°C гелий при объемном расходе 10 л/ч. При температуре куба 100°C из технической смеси ПФД, содержащей 92% ПФД и 8% смоляных остатков, выделяют 88,5 г ПФД. Полученный продукт представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей 99,9% и температурой плавления 143-144°C. Выход по стадии очистки составляет 96%.
Пример 7. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 140°C гелий при объемном расходе 15 л/ч. При температуре куба 230°C из технической смеси ПФД, содержащей 93% ПФД и 7% смоляных остатков, выделяют 89,9 г ПФД, который представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей 99,5% и температурой плавления 143-144°C. Выход по стадии очистки составляет 96,2%.
Пример 8. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 140°C азот при объемном расходе 5 л/ч, при температуре куба 260°C из технической смеси ПФД, содержащей 97% ПФД и 3% смоляных остатков, выделяют 93,6 г ПФД, представляющий собой кристаллы белого цвета с массовой долей 99,5% и температурой плавления 143-144°C. Выход по стадии очистки составляет 96%.
Пример 9. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 90°C азот при объемном расходе 10 л/ч. При температуре куба 80°C из технической смеси ПФД, содержащей 90% ПФД и 10% смоляных остатков, выделяют 23,9 г ПФД, который представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей 99% и температурой плавления 143-144°C. Выход по стадии очистки составляет 26%.
Пример 10. В условиях примера 1, используют в качестве газа-носителя подогретый до 170°C гелий при объемном расходе 15 л/ч. При температуре куба 300°C из технической смеси ПФД, содержащей 95% ПФД и 5% смоляных остатков, выделяют 87 г ПФД, который представляет собой кристаллы белого цвета с массовой долей 97% и температурой плавления 140-142°C. Выход по стадии очистки составляет 89%.
При отклонении от условий заявляемых параметров (примеры 9-10) выход целевого продукта составляет 26-89%.
Заявляемый способ очистки технического ПФД обеспечивает высокую чистоту продукта. Кроме того, ПФД получают в товарной форме в виде порошка без дополнительного дробления. Способ очистки возгонкой с участием инертного газа обеспечивает в процессе кристаллизации, охлаждения и затаривания ПФД отсутствие контакта с воздухом, что также положительно сказывается на его качестве.