Способ получения пероксобората натрия

 

Использование: пероксоборат широко используется в качестве источника активного кислорода в производстве синтетических моющих средств и отбеливателей. Сущность изобретения: способ получения пероксобората натрия заключается во взаимодействии кислородных соединений бора с пероксидом водорода и гидроксидом или карбонатом натрия или их смесью или метабората натрия с пероксидом водорода. При этом взаимодействие осуществляют при мольном соотношении бора и общего количества воды в системе, равном 1 4,0 10,0, и полученную смесь выдерживают при 15 - 50°С в состоянии покоя или при перемешивании до ее загустевания или дозатвердевания с последующей грануляцией или дроблением и подсушкой. Грануляцию загустевшей массы осуществляют путем продавливания ее через отверстия заданного сечения с разрушением сформованной нити продукта на частицы заданной длины. Грануляцию же затвердевшей массы проводят путем дробления с выделением заданной фракции и возвратом мелкой фракции на стадию синтеза или гранулируют. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технологии производства пероксолей, в частности пероксобората натрия, широко используемого в качестве источника активного кислорода (О_а) в производстве синтетических моющих средств (СМС) и отбеливателей. Известны способы получения тетрагидрата пербората натрия (ПБН) NaBO₂ ˙H₂O₂˙3H₂O, или NaBO₃ ˙4Н₂O путем взаимодействия водных растворов кислородсодержащих соединений бора, гидроксида или карбоната натрия и пероксида водорода с отделением образующегося кристаллического продукта от маточного раствора и дальнейшей сушкой кристаллов. К недостаткам этого способа относятся образование в системе избыточного количества воды в виде маточного раствора, что связано с необходимостью его упарки либо выведения из процесса с соответствующими потерями сырья и загрязнением окружающей среды, а также значительные потоки циркулирующих растворов, наличие стадии разделения твердой и жидкой фаз, что связано с дополнительными потерями продукта. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения пероксоборатов, включающий и получение пероксобората натрия с мольным отношением активного кислорода к бору (О_а:B), равным 1:1, в котором выделение твердого пероксобората из полученного в результате синтеза соответствующего пероксобората раствора (суспензии) производится путем сушки указанного раствора (суспензии) непосредственно после синтеза. По этому способу синтез, в частности пероксобората натрия, с указанным выше мольным соотношением О_а:B проводят путем введения борной кислоты или борного ангидрида или тетрабората натрия в раствор пероксида водорода с последующим или одновременным введением гидроксида натрия, или введения метабората натрия в раствор пероксида водорода в расчете на мольное соотношение О_а:B в готовом продукте, равное 1:1. Полученный непосредственно после синтеза раствор (суспензия) сушится при температуре теплоносителя 80-200^оС и времени удаления жидкой фазы до 150 с, а полученный после сушки порошкообразный продукт подвергается грануляции раствором метабората или пероксобората натрия. Стабилизирующие добавки (силикаты натрия, магния и др.) в этом способе могут вводиться как в растворы, направляемые на синтез или в процессе синтеза, так и в гранулирующие растворы. Этот способ позволяет исключить необходимость разделения суспензии на твердую и жидкую фазы и, следовательно, образование маточных растворов, упростить процесс и уменьшить потери продукта. Однако обязательное условие быстрого удаления жидкой фазы (до 150 с) требует интенсивной сушки, что возможно при достаточной степени диспергации раствора (суспензии) в процессе сушки. Высокая степень диспергации при получении пероксобората натрия этим способом достигается при сушке относительно разбавленных растворов (суспензий), что связано с необходимостью испарения значительных количеств воды и потерями продукта. В результате высокой степени диспергации и высокой скорости сушки образуется тонкодисперсный продукт, средний размер частиц которого составляет менее 0,05 мм, транспортировка и дальнейшая переработка такого продукта (например, грануляция) представляет известные трудности, в том числе и с точки зрения санитарных условий производства из-за его способности к пылеобразованию. К недостаткам этого способа следует отнести и то, что при приемлемых с точки зрения промышленности режимах он позволяет получать только обезвоженный продукт. Целью изобретения является упрощение технологии получения пероксобората натрия и повышение выхода продукта за счет исключения сушки раствора (суспензии) пероксобората непосредственно после синтеза и изменения процесса формирования твердой фазы. Поставленная цель достигается тем, что синтез пероксобората натрия, проводимый в водной среде путем взаимодействия кислородсодержащих соединения бора, гидроксида или карбоната натрия, или их смеси и пероксида водорода, или метабората натрия и пероксида водорода осуществляют при мольном соотношении бора и общего количества воды в системе, равном 1:4,0-10,0, и полученную смесь выдерживают при температуре 15-50^оС в состоянии покоя или при перемешивании до ее загустевания или до затвердевания с последующей грануляцией или дроблением и подсушкой. При этом под общим количеством воды в системе подразумевают воду, содержащуюся в сырье и образующуюся в результате реакций. Грануляцию полученной загустевающей массы осуществляют путем формования гранул, например, путем пропускания ее через отверстия заданного сечения, образующиеся после продавливания нити разрезают на части заданной длины и подсушивают. Если реакционная масса выдержана до затвердевания, то ее до или после сушки разрушают с выделением заданной фракции и более мелкую фракцию возвращают на стадию синтеза или гранулируют известными способами. Общеизвестные стабилизаторы (силикаты, фосфаты, сульфаты и т.п.) могут вводиться как в растворы, поступающие на синтез, так и в процессе синтеза и грануляции. Получаемая в результате смешения при данном соотношении компонентов реакционная масса представляет собой однородный гомогенный раствор, который со временем из-за образования твердой фазы мутнеет и затем постепенно загустевает, превращаясь в высоковязкую пастообразную массу, которая далее превращается в твердый продукт, содержащий 5,7-9,3 мас. О_а и 10-45 мас. воды. После сушки загустевшей или затвердевшей реакционной массы при температуре до 50^оС получается продукт с содержанием О_а 10,0-11,0 мас. что примерно соответствует тетрагидрату пероксобората натрия, при температуре сушки 55^оС и выше образуется продукт, содержащий около 16 мас. О_а, что соответствует моногидрату пероксобората натрия. В описанном процессе при взаимодействии компонентов в реакционной массе происходит образование пероксобората натрия, который через некоторое время начинает кристаллизоваться. Можно предположить, что в условиях высокой концентрации происходит образование пероксобората натрия тетрагидрата и частично пероксобората натрия тригидрата. Об этом свидетельствует тот факт, что содержание воды в продукте, высушенном при низкой температуре (20-25^оС), меньше количества воды, соответствующего содержанию кристаллизационной воды в пероксоборате натрия тетрагидрата. При этом в условиях данного способа содержание воды в реакционной смеси выбирается таким, чтобы обеспечивались возможность начала кристаллизации и образования твердого продукта, а также полный захват всей воды образующейся твердой фазой и, следовательно, предотвращение разделения фаз (расслоения реакционной массы). Благодаря способности образующейся в этих условиях реакционной массы изменять вязкость до полного ее затвердения, обеспечивается возможность грануляции и подсушки этой массы описанными способами. П р и м е р 1. В термостатируемой реактор с мешалкой при 35^оС загружают 53 в. ч. 32,1 мас. Н₂О₂ (17 в.ч. 100 мас. H₂O₂, 0,5 моля), затем при перемешивании добавляют 31 в.ч. сухой 99,8 мас. H₃BO₃ (30,9 в.ч. 100 мас. Н₃BO₃, 0,5 моля). В образовавшуюся суспензию порциями добавляют 21 в.ч. сухого 95 мас. NaOH (20 в.ч. 100 мас. NaOН, 0,5 моля). В данном случае мольное отношение бора к воде, с учетом воды, содержащейся в сырье и образующейся в результате реакций составляет 1:7. Образуется однородный прозрачный раствор, который при выдерживании при температуре 35^оC постепенно загустевает и приблизительно через 15 мин превращается в вязкую массу, которая еще через 5 мин затвердевает. Полученный твердый продукт рассыпается при механическом воздействии. Продукт дробят до частиц размером 0,2-2,0 мм и высушивают при 60^оС. Получают продукт, содержащий 15,7 мас. О_а что примерно соответствует моногидрату пероксобората натрия NaBO₃ ˙H₂O. П р и м е р 2. В термостатируемый реактор с мешалкой при 50^оС загружают 51,2 в.ч. 33,2 мас. H₂O₂ (17 в.ч. 100 мас. H₂О₂, 0,5 моля). Затем добавляют 31 в.ч. сухой 99,8 мас. H₃BO₃ (30,9 в.ч. 100 мас. H₃BO₃, 0,5 моля). В образовавшуюся суспензию порциями добавляют 48,3 в.ч. 41,4 мас. водного раствора NaOН (20 в.ч. 100 мас. NaOН, 0,5 моля). В данном случае при том же, что и в предыдущем и во всех последующих примерах, мольном соотношении B:H₂O₂, равном 1: 1, мольное соотношение B:H₂O равно 1:10. Образуется однородный прозрачный раствор, который выдерживает при 50^оС. Через 15 мин после ввода щелочи раствор превращается в загустевшую вязкую массу, которую продавливают через фильеры диаметром 1 мм. Образующиеся после фильер нити разрезают на частицы длиной 0,2-1 мм и высушивают при 50^оС. Получают продукт, содержащий 10,6 мас. О_а, что соответствует пероксоборату натрия тетрагидрату NaBO₃ ˙ 4H₂O c примесью, вероятно, пероксобората натрия тригидрата NaBO₃ ˙3H₂O. П р и м е р 3. В термостатируемый реактор с мешалкой при 30^оС загружают 49,6 в.ч. 34,3 мас. H₂O₂ (17 в.ч. 100 мас. H₂O₂, 0,5 моля). Затем добавляют 47,7 в.ч. сухой 100 мас. буры Na₂B₄O₇ ˙10H₂O (0,125 моля). К образовавшейся реакционной массе порциями добавляют 10,53 в.ч. сухого 95 мас. NaOH (10 в.ч. 100 мас. NaOН, 0,25 моля). Мольное соотношение B:H₂O равно 1:7,4. Образуется однородный прозрачный раствор, который выдерживают при 30^оС. Через 10 мин образовавшуюся из раствора вязкую массу продавливают через фильеры диаметром 1 мм. Затвердевшие нити дробят на частицы 0,2-1,0 мм и сушат при 30^оС. П р и м е р 3(а). Условия проведения опыта и применяемое сырье аналогичны примеру 3, но температура выдерживания смеси после проведения синтеза составляет 55^оС. П р и м е р 4. В термостатируемый реактор с мешалкой при 45^оС загружают 49,6 в.ч. 34,3 мас. H₂O₂ (17 в.ч. 100 мас. H₂O₂, 0,5 моля), затем добавляют 31 в.ч. сухой 99,8 мас. H₃BO₃ (30,9 в.ч. 100 мас. H₃BO₃, 0,5 моля). В образовавшуюся суспензию порциями добавляют вначале 21,2 в.ч. сухой безводной 100 мас. (0,2 моля) Nа₂СO₃, затем 9,35 в.ч. 47,8 мас. раствора NaOН (4,0 в.ч. 100 мас. NaOН, 0,1 моля). Соотношение в реакционной смеси B:H₂O равно 1:6,6. Образуется однородный раствор, который выдерживают при температуре 45^оС. Через 10 мин раствор загустевает, а затем еще через 5 мин превращается в твердый продукт, рассыпающийся при механическом воздействии. Частицы продукта размером 1,0-10,0 мм cушат при 50^оС, а затем дробят до размера 0,2-1,0 мм. П р и м е р 5. В термостатируемый реактор с мешалкой при 15^оС загружают 35 в. ч. 48,6 мас. H₂O₃ (17 в.ч. 100 мас. H₂O₂, 0,5 моля). Затем порциями добавляют 69 в. ч. 100 мас. NaBO₂ ˙4H₂O (0,5 моля). Мольное соотношение в реакционной смеси B:H₂O равно 1:7,0. Образуется однородный раствор, который выдерживают при 15^оС. Раствор через 8 мин загустевает, а затем еще через 15 мин превращается в твердый продукт, рассыпающийся при механическом воздействии. Продукт дробят до частиц размером 0,2-1,0 мм, а затем высушивают при 25^оC. П р и м е р 6. В термостатируемый реактор с мешалкой при 30^оС загружают 42,5 в. ч. 40 мас. H₂O₂ (17 в.ч. 100 мас. H₂O₂, 0,5 моля). Затем добавляют 17,6 в. ч. сухого 100 мас. B₂O₃ (0,5 моля). В образовавшуюся смесь порциями добавляют 47 в. ч. 42,6 мас. NaOН (20 в.ч. 100 мас. NaOН, 0,5 моля). Соотношение B:H₂O равно 1:7,33. Раствор выдерживают при 45^оС. Через 15 мин раствор загустевает до состоянии вязкой массы, которую при 45^оС продавливают через фильеры диаметром 1 мм. Образующуюся нить продукта разрезают на частицы длиной 0,2-1 мм и сушат при температуре 55-60^оС. П р и м е р ы 7-10 выполнены с использованием такого же сырья, как в примере 1, при тех же мольных соотношениях Na:B:H₂O₂, но с другими мольными соотношениями B:H₂O. Условия выполнения конкретных примеров описанного способа приведены в табл.1. Выдерживание синтезированной смеси проводилось в состоянии покоя или при перемешивании. Для сравнения получаемых по данному способу результатов с прототипом был получен пероксоборат натрия по способу-прототипу (пример 11). П р и м е р 11. В термостатируемый смеситель при 40^оС загружают 100 в.ч. 34 мас. H₂O₂ (34 в.ч. 100 мас. H₂O₂, 1 моль) и 302 в.ч. 21,8 мас. NaBO₂ (65,84 в. ч. 100 мас. NaBO₂, 1 моль). Мольное соотношение B:H₂O₂ равно 1:1. Мольное соотношение B: H₂O равно 1:17,8. Через 5 мин после смешения полученный раствор высушивают путем распыления в токе теплоносителя, имеющего температуру на входе в зону сушки 160^оС и на выходе 80^оС. Полученный тонкодисперсный порошок гранулируют в роторном грануляторе собственным исходным раствором. Получают гранулированный продукт с содержанием 15,3 мас. О_а. Условия приведенных в примерах опытов и результаты анализов и определения свойств полученных пероксоборатов представлены в табл.1 и 2 соответственно. Как видно из приведенных примеров, описанный способ позволяет использовать различные виды борсодержащего сырья, такие как борную кислоту (примеры 1,2,4,7-10), буру (пример 3), метаборат натрия (пример 5) и борный ангидрид (пример 6). Способ позволяет использовать как твердый гидроксид натрия (примеры 1,3,7-10), так и его концентрированные растворы (примеры 2,4,6), а также карбонат натрия (пример 4). Примерами конкретного выполнения показано, что при мольном соотношении в реакционной массе B: H₂O, равном 1:3,5 (пример 8), не происходит ее загустевания. При увеличении количества воды в системе до мольного соотношения B:H₂O, превышающего 1:10 (например 1:11, пример 9), образуется незагустевающая даже в течение 1 ч суспензия с четко выделенными (разделенными) твердой и жидкой фазами. В этом случае как условия собственно синтеза пероксобората натрия, так и дальнейшей переработки образующейся суспензии проводятся известными способами, которые хотя и позволяют получить продукт высокого качества, однако связано с усложнением технологического процесса (дополнительные операции, наличие маточных растворов с соответствующими дополнительными потерями и удорожанием готового продукта). Таким образом, описанный способ обеспечивает получение пероксобората натрия при содержании в реакционной смеси на 1 моль бора от 4 до 10 молей воды и при последующем выдерживании указанной смеси при температуре 15-50^оС. Образцы пероксобората натрия, получаемые по этому способу, по потребительским свойствам превышают образцы пероксобората натрия, получаемые по прототипу, при более высоком в сравнении с прототипом выходе готового продукта. При этом заявляемый способ отличается от прототипа существенным упрощением технологического процесса.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРОКСОБОРАТА НАТРИЯ, включающий взаимодействие кислородсодержащих соединений бора с пероксидом водорода и гидроксидом или карбонатом натрия или их смесью или метабората натрия с пероксидом водорода в водной среде с последующей грануляцией целевого продукта, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения выхода продукта, взаимодействие исходных реагентов осуществляют при мольном соотношении бора и воды, содержащейся в реакционной смеси, равном 1 (4,0 10,0) соответственно, с последующей выдержкой смеси при 15 50^oС до ее загустевания или до затвердевания и подсушкой до или после грануляции. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью улучшения гранулометрического состава продукта, грануляцию полученной в процессе загустевания смеси осуществляют путем продавливания ее через отверстия заданного сечения с разрушением сформованной нити продукта на частицы заданной длины. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную в процессе затвердевшую смесь до или после сушки разрушают с выделением заданной фракции, а более мелкую фракцию возвращают на стадию взаимодействия или гранулируют.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---