Физико-химические закономерности получения продукта - Производство ацетона

Ацетон, применение которого можно отметить почти во всех сферах человеческой деятельности, имеет характерные физические свойства. Например, он оказывает наркотическое воздействие на организм человека, хотя считается малоопасным. Особенно это проявляется у людей, которые часто работают с ацетоном, используя его в качестве растворителя.

Стоит отметить, что он имеет свойство накапливаться в организме. Легковоспламеняемость этого вещества - основная опасность при работе с ним.

В связи с тем, что это вещество обладает высокой летучестью, оно имеет свойство быстро испаряться в атмосферу. Воздушные смеси с большой концентрацией ацетона - взрывоопасны. Ацетон, химические свойства которого нашли применение в лакокрасочной промышленности, обладает устойчивостью к действию подавляющего большинства окислителей. Это полезное свойство позволяет использовать его для производства авиационных, кабельных, автомобильных и многих других лаков и эмалей.

Безопасность в работе с ацетоном. При использовании ацетон, ГОСТ 2603-79, требует аккуратности и внимательности, поскольку является активным растворителем. Его можно применить для разбавления нитролаков и нитроэмалей, а также придать загустевшей эмали нужную консистенцию. Лакокрасочное покрытие после высыхания приобретет дополнительный блеск благодаря ацетону. [1]

Это вещество активно применяется для очистки поверхностей и инструмента от полиуретановой монтажной пены или лакокрасочных материалов. Ацетилен, использующийся для сварки металлов, очень хорошо растворяется в нем. При давлении в 15 атмосфер, создаваемом стальным баллоном, в котором хранится ацетилен, один объем ацетона способен растворить примерно 250 объемов ацетилена.

При использовании данного химического соединения следует помнить о правилах безопасности, использовать респиратор и резиновые перчатки, поскольку продолжительное вдыхание этого растворителя может привести к отеку глаз, а также вызвать головокружение и потерю ориентации в пространстве.

Физико-химические показатели ацетона

Наименование показателей

Норма по ГОСТ

Внешний вид

Бесцветная прозрачная жидкость

Массовая доля ацетона, %, не менее

99,75

Плотность при 200С, г/см 3

0,789-0,791

Массовая доля воды, %, не более

0,2

Массовая доля метилового спирта, %, не более

0,05

Массовая доля кислот в пересчете на уксусную кислоту, %, не более

0,001

Устойчивость к окислению марганцовокислым калием, ч, не менее

4

Способ заключаются в том, что дистилляцию ацетона-сырца последовательно проводят в трех ректификационных колоннах. При этом в первой ректификационной колонне производят выделение низкокипящих примесей с добавлением в колонну реагента щелочного характера с последующим отбором оставшейся смеси компонентов в виде кубового продукта и подачи его в качестве питания во вторую ректификационную колонну для отделения высококипящих примесей и выделения большей части ацетона в виде товарного ацетона, причем содержание ацетона в кубе второй ректификационной колонны поддерживают до уровня не менее чем 0,5 массовых % от питания отбором оставшихся компонентов смеси в виде кубового продукта второй ректификационной колонны и последующей подачи его в качестве питания в третью ректификационную колонну для выделения оставшегося ацетона совместно с оставшимися низкокипящими примесями, в том числе с оставшимися альдегидами, и подачу этой смеси в первую ректификационную колонну, во вторую ректификационную колонну подают дополнительно реагент щелочного характера, позволяющий производить ацетон, имеющий время окисления перманганатом не менее десяти часов, при этом в первую ректификационную колонну реагент щелочного характера добавляют в виде 0,1-30 %-ого водного раствора в количестве 0,05-0,8 массовых % от питания колонны, и дополнительно в нее подают реагент окислительного характера в виде 0,1-30 %-го водного раствора в количестве 0,02-0,5 массовых % от питания при весовом отношении реагента щелочного характера к реагенту окислительного характера от 1:0,1 до 1:100, предпочтительно от 1:0,5 до 1:10; кроме того, во вторую ректификационную колонну подают реагент щелочного характера в количестве 0,03-0,5 массовых % от питания, при этом весовое отношение реагента щелочного характера, поданного в первую колонну, к реагенту щелочного характера, поданного во вторую колонну, составляет 1:0,2, причем вторую и третью колонны эксплуатируют при атмосферном давлении. Предлагаемый способ позволяет производить высококачественный ацетон с минимальными эксплуатационными затратами, достигая максимально возможной производительности. 1 ил. [2]

Известен способ очистки ацетона-сырца, заключающийся в том, что последний подвергают очистке последовательно в двух ректификационных колоннах, при этом очищенный в первой ректификационной колонне ацетон в виде кубового остатка подают во вторую колонну, с верха которой отводят очищенный ацетон в качестве товарного продукта (см. патент US 3215745, кл. С 07С 37/08, 02.11.1965).

Однако известно, что использование только простых методов дистилляции для того, чтобы очистить ацетон не эффективно, так как примеси, в частности алифатические альдегиды, олефины и целый ряд других примесей, остаются в очищенном продукте, снижая его чистоту и качество.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки ацетона, заключающийся в том, что дистилляцию ацетона-сырца последовательно проводят в трех ректификационных колоннах (см. патент СА 1016100, кл. С 07С 49/08, 23.08.1977). [3]

По патенту СА 1016100 процесс очистки ацетона, содержащего альдегиды, осуществляют путем последовательной дистилляции в трех колоннах. В первой ректификационной колонне из ацетона-сырца отбирают головную фракцию, содержащую ацетальдегид. Дополнительно в колонну подается щелочь, чтобы перевести оставшуюся часть ацетальдегида в альдоли. Альдоли и оставшийся ацетальдегид, вместе с кубом колонны, подают в качестве питания во вторую ректификационную колонну. Во второй ректификационной колонне в виде дистиллята отгоняется большая часть ацетона. Кубовый продукт, содержащий тяжелокипящие примеси и оставшуюся часть ацетона, подается в третью ректификационную колонну, причем кубовый продукт содержит, по крайней мере, 0,5 мас. % ацетона. В третьей ректификационной колонне выделяется в виде дистиллята весь оставшийся ацетон, а также весь оставшийся ацетальдегид, выделившийся при разложении альдолей. Дистиллят этой третьей колонны предпочтительно рецикловать в первую колонну, где ацетальдегид выделяется в головной фракции, или на стадию расщепления гидроперекиси кумола. Первая колонна работает при атмосферном давлении и температуре верха колонны около 50°С. Для того, чтобы провести реакцию альдольной конденсации с оставшимися альдегидами, в колонну подается реагент основного характера, например, каустик (водный раствор NaOH). Большая часть каустика подается на тарелку ниже тарелки питания, в то время как оставшаяся часть подается над тарелкой питания. Вторая колонна работает при пониженном давлении, например, с температурой верха около 40°С. Кубовый продукт этой колонны должен содержать, по крайней мере, 0,5 мас. % ацетона, предпочтительно 1 мас. %. Обычные рабочие условия третьей колонны - работа при повышенном давлении (давление верха колонны 950 мм рт. ст. и температура 85°С).

Использование этого метода позволяет получить ацетон с устойчивостью к окислению "РТ-тестом", равным около 24 часов, согласно определению теста на устойчивость к окислению ацетона по BS 509: part 1:1971.

При этом, согласно британскому стандарту BS 509: part 1:1971, по которому при его определении к 100 мл образца приливают 1,0 мл 0,1 % раствора KMnO4 и определяют время изменения окраски по сравнению с эталоном. Однако теперь РТ определяют по новым американским стандартам - ASTM метод D-1369-94, согласно которому к 50 мл образца приливают 2,0 мл 0,02 % раствора KMnO4. Таким образом, условия определения РТ по BS 509: part 1:1971 значительно отличаются от условий определения РТ по американскому стандарту ASTM метод D-1369-94, по которому и проводили определение РТ в настоящем патенте. При прочих равных условиях при определении РТ по британскому стандарту используют в 2,5 раза большее количество KMnO4 (при пересчете количества KMnO4 в граммах на 100 мл образца) по сравнению с количеством KMnO4, которое используется при определении РТ по американскому стандарту. Таким образом, использование американского стандарта при определении РТ вместо британского стандарта снижает определяемое РТ более чем в 2,5 раза, т. е. указанное в СА 1016100 РТ время снижается с 24 часов до менее 10 часов. Ниже в прототипах 12 и 13 измеряемое по американскому стандарту РТ не превышает 6,5 часов.

Кроме того, реализация способа по патенту СА 1016100 предполагает эксплуатацию второй ректификационной колонны при пониженном давлении, а третьей - при повышенном давлении. При заданном режиме в значительной мере возрастают эксплуатационные расходы как за счет создания вакуума, так и за счет использования холодильных установок при конденсации паров второй колонны. При этом работа второй колонны при пониженном давлении приводит к существенному снижению ее производительности по сравнению с ее работой при атмосферном давлении. При прочих равных условиях (флегмовое число, температура питания и флегмы) перевод второй колонны с работы при 500 мм рт. ст., как указано в СА 1016100, на работу при атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) повышает производительность колонны на 50 %. Дополнительный недостаток предложенной схемы заключается в том, что работа третьей колонны при повышенном давлении приводит к образованию большего числа примесей (как за счет большего разложения альдолей, так и за счет дополнительных примесей, вновь образующихся при более высоких температурах по сравнению с работой колонны при атмосферном давлении), которые, циркулируя в системе выделения и очистки ацетона, в конечном итоге в большей степени аккумулируются в ней и приводят к снижению качества товарного ацетона.

Обнаружение ацетона. В химико-токсикологическом анализе для обнаружения ацетона применяют реакции с растворами иода, нитропруссида натрия, фурфурола, о - нитробензальдегида и метод микродиффузии.

Реакция образования йодоформа. При взаимодействии ацетона с раствором иода в щелочной среде образуется йодоформ:

Выполнение реакции. К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10 %-го раствора аммиака и несколько капельраствора иода в иодиде калия. В присутствии ацетона образуется желтый осадок йодоформа с характерным запахом, а его кристаллы имеют характерную форму.

Предел обнаружения: 0,1 мг ацетона в пробе.

Эту реакцию дает и этиловый спирт.

Реакция с нитропруссидом натрия. Ацетон с нитропруссидом натрия в щелочной среде дает интенсивно-красную окраску. При подкислении уксусной кислотой окраска переходит в красно-фиолетовую:

С нитропруссидом натрия окрашенные соединения образуют вещества, содержащие енолизируемые СО-группы:

Кетоны, в молекулах которых отсутствуют метильные или метиленовые группы, связанные с СО-группами, не дают этой реакции.

Выполнение реакции. К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10 %-го раствора гидроксида натрия и 5 капель 1 %-го свежеприготовленного раствора нитропруссида натрия. При наличии ацетона в пробе появляется красная или оранжево-красная окраска. При добавлении 10 %-го раствора уксусной кислоты до кислой реакции через несколько минут окраска переходит в красно-фиолетовую или вишнево-красную. [4]

Таким образом, главным недостатком этого изобретения является не только недостаточно высокое качество производимого ацетона по сравнению со значительными эксплуатационными и капитальными расходами, но и заметное снижение производительности установки.

Похожие статьи




Физико-химические закономерности получения продукта - Производство ацетона

Предыдущая | Следующая