Способ получения кристаллов органических веществ и устройство для его осуществления

 

Использование: в химической технологии производства высокочистых органических веществ. Способ включает расплавление шихты, введение в нее теплоотводящего элемента Э и кристаллизацию на нем 80-85% расплава при его перемешивании и охлаждении. Кристалл охлаждают, расплавляют и процесс повторяют. Устройство У включает цилиндрический сосуд для расплава , снабженный термостатирующей рубашкой Р с теплоносителем. Внутри У установлены Э и средство для перешивания расплава. Р снабжен холодильником, размещенным в ее нижней части и отделенным подвижной диафрагмой. Э установлен с возможностью подъема и соединен с приводом его возратно-поступательного перемещения . Путем двукратной кристаллизации получены кристаллы дифенилметана со степенью чистоты 99,94%. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)з С 30 В 11/02, 29/54

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902806/26 (22) 18,01,91 (46) 07.05.93. Бюл, М 17 (71) Научно-производственное объединение

"Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии им. Д,И.Менделеева" (72) Ю.И.Александров, В.Ф.Юшкевич и

В,П.Демидов (56) Гельперин Н.И., Носов Г.А, Основы техники кристаллизации расплавов, M.: Химия, 1975, с.103, Вильке К,Т. Выращивание кристаллов.

Л,; Недра, Ленингр. отд., 1977, с.329-330. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ

ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: в химической технологии производства высокочистых органичеИзобретение относится к технике получения высокочистых веществ методом направленной кристаллизации из расплава, может быть использовано в химической технологии при мелкотоннажном производстве высокочистых органических веществ.

Целью изобретения является повышение степени чистоты кристаллов и обеспечение возможности мелкотоннажного производства высокочистых веществ из технических реактивов.

Предлагаемый способ получения кристаллов органических веществ заключается в том, что в отличие от решения по основному изобретению, после предыдущей кристаллизации 80-85% расплава на

ЫХ „, 1813817 А1 ских веществ. Способ включает расплавление шихты, введение в нее теплоотводящего элемента Э и кристаллизацию на нем

80 — 85% расплава при его перемешивании и охлаждении. Кристалл охлаждают, расплавляют и процесс повторяют. Устройство У включает цилиндрический сосуд для расплава, снабженный термостатирующей рубашкой P с теплоносителем. Внутри У установлены Э и средство для перешивания расплава. Р снабжен холодильником, размещенным в ее нижней части и отделенным подвижной диафрагмой. Э установлен с возможностью подъема и соединен с приводом его возратно-поступательного перемещения. Путем двукратной кристаллизации получены кристаллы дифенилметана со степенью чистоты 99,94%. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. теплоотводящем элементе, поднимая образовавшийся кристалл, понижают уровень оставшегося обогащенного примесями расплава ниже конца кристалла и кристаллизуют этот расплав. Затем полученный на . теплоотводящем элементе кристалл расплавляют над закристаллизованным за грязненным расплавом, сохраняя последний в твердом состоянии и повторяют процесс кристаллизации вещества на теплоотводящем элементе, Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью устройства, содержащего цилиндрический сосуд для очищаемого вещества, размещенного в сосуде теплоотводящего элемента и охватывающей сосуд термостатируащей рубашки, которая в отличие от известного технического решения снабжена холодильником, размещенным и ее нижней части и подвижной диафрагмой, ограничивающей объем холод- 5 ной зоны рубашки, при этом теплоотводящий элемент выполнен с возможностью подьема и снабжен приводом для его возвратно-поступательного движения. Холодильник заполнен жидкостью, не "0 смешивающейся с теплоносителем в термостатирующей рубашке, Предлагаемое техническое решение в отличие от известного позволяет без вскрытия реакционного сосуда периодически уда- 15 лять загрязненную примесями часть расплава из зоны роста кристалла, а также обеспечить эффективное перемешивание непосредственно на границе расплава с растущим кристаллом и TBM самым, повысить степень чистоты кристалла и обеспечить возмо>кность использования в промышленности для мелкотоннажного производства высокочистых органических веществ из технического сырья. 2

2г

На чертеже дана схема заявляемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит цилиндрический сосуд 1 из стекла пирекс, 30 снабженный термостатирующей рубашкой

2. Термостатирующая рубашка 2 представляет собой пирексовую трубу 3, зажатую с помощью резиновых колец 4 между латунными Дисками, Являющимися крышкой 5 и 35 дном 6 рубашки 2. На латунных трубках 7 укреплена диафрагма 8, разделяющая рубашку на два объема; положение диафрагмы 8 мо>кно менять и фиксировать гайками

9. Через трубку 7, имеющую в нижней части 40 сквозные отверстия 10, в рубашку 2 нагнетают из термостата термостатирующую жидкость, трубка 11 предназначена для ее отсоса в термостат. В дне б укреплен холодильник 12 и расположен патрубок 13, сое- 45 диненный с дополнительной емкостью (на чертеже не показана). Сосуд 1 закрыт фторопластовой крышкой 14 с центральным каналом для теплоотводящего элемента 15, Теплоотводящий элемент 15 типа труба в 50 трубе посредством двух патрубков 16 и 17 соединен с термостатом; обеспечивающим поддержание заданной температуры теплоотводящего элемента 15. Герметизация сосуда 1 осуществляется сильфоном 18, укрепленным между крышкой 14 и шайбой

19 теплоотводящего элемента 15. Теплоотводящий элемент 15 верхней своей частью соединен приводом с электродвигателем (на чертеже не показан), обеспечивающим его возвратно-поступательное движение по ве рти кали.

Предлагаемый способ реализуется с помощью предлагаемого устройства следующим образом.

В сосуд 1 помещают теплоотводящий элемент 15, загружают очищаемое вещество и закрывают крышкой 14. Разделительную диафрагму 8 опускают в крайнее нижнее положение. Температуру в рубашке

2 и теплоотводящем элементе 15устанавливают выше температуры плавления очищаемого вещества и получают расплав исходного вещества. Включают двигатель, обеспечивающий перемешивание расплава посредством возвратно-поступательного движения теплоотводящего элемента 15, Затем понижают температуру теплоотводящего элемента 15 до появления зародыша кристалла на границе контакта теплоотводящего элемента 15 с расплавом. Образование зародыша наблюдают визуально с помощью лупы с 3-кратным увеличением.

При этом температура на поверхности зародыша равна температуре кристаллизации вещества. Начинал с этого момента температуру теплоотводя щего элемента 15 оставляют неизменной и медленно понижают температуру рубашки 2, например со скоростью 0,2 С в час. При этом начинается медленный рост кристалла на всей поверхности теплоотводящего элемента 15 за счет отвода теплоты кристаллизации через расплав.

После каждого очередного понижения температуры рубашки 2, т.е. внешней границы расплава, процесс протекает как нестационарный до установления равновесного состояния. При ступенчатом понижении температуры рост кристалла заканчивается при достижении равновесного (стационарного) состояния. Это позволяет выбрать необходимую скорость роста твердой фазы, обеспечивающую оптимальные условия кристаллизации, В процессе кристаллизации примеси накапливаются в расплаве, но чистота полученного слитка зависит не только от скорости роста кристалла, но и от условий перемешивания. Возвратно-поступательное движение теплоотводящего элемента в данной конструкции способствует эффективному перемешиванию расплава непосредственно на границе роста кристалла. Процесс роста кристалла заканчивают, когда закристаллизовано 80-85 расплава.

После этого останавливают привод возвратно-поступательного движения и термостат, нагнетающий теплоноситель в рубашку 2.

Теплоотводящий элемент 15 с кристаллом поднимают над уровнем расплава, Обогащенный примесями расплав стекает на дно

1813817

55 сосуда 1. Разделительную диафрагму 8 поднимают до верхнего уровня расплава и с помощью дополнительной емкости через патрубок 13 вытесняют из нижней части рубашки 2 термостатирующую жидкость, заменяя ее хладоагентом. Уровень хладоагента доводят до диафрагмы 8. В холодильник 12 пропускают охлажденную воду и понижают температуру хладоагента под диафрагмой 8 до температуры несколько ниже температуры кристаллизации расплава. При этом загрязненный расплав кристаллизуется, Теплоотводящий элемент

15 опускают в рабочее положение, снова повышают температуру рубашки 2 и теплоотводящего элемента 15 на несколько градусов выше температуры плавления очищаемого вещества, При этом твердый кристалл сползает с теплоотводящего элемента 15 и плавится. После полного расплавления кристалла включают привод возвратно-поступательного движения теплоотводящего элемента 15 для перемешивания расплава и операцию роста кристалла повторяют, как было описано выше. Процесс очистки, таким образом, в отличие от основного изобретения можно проводить многократно, каждый раз поднимая диафрагму 8 до уровня оставшегося после очередной кристаллизации расплава и закристаллизовывая обогащенную примесями часть расплава.

При осуществлении многократного процесса кристаллизации основную проблему представляет удаление обогащенной примесями фракции. Обычно это достигается ее отделением и удалением из сосуда, в котором производят очистку. Однако это связано либо со значительным усложнением конструкции аппарата, либо чревато опаскостью попадания загрязнений из окружающей среды при ручном удалении грязной фракции. В предлагаемом техническом решении.для решения этой проблемы использована значительная разница в коэффициентах диффузии примеси в твердой и жидкой фазе (10 раз) основного компонента, С этой целью обогащенную примесями фракцию закристаллизовывают и при проведении следующей стадии процесса кристаллизации сохраняют в твердом состоянии.

На нашем предприятии был изготовлен макет предлагаемого устройства для получения кристаллов GblcoKo÷ècòûõ органических веществ. Устройство представляет собой цилиндр из пирексового стекла высотой 600 мм, диаметром 72 мм, укрепленный в термостатирующей рубашке из стекла пирекс. В сосуд устанавливают теплоотводя5

45 щий элемент из нержавеющей стали диаметром 12 мм так, чтобы его нижний конец находился на 30 мм выше дна сосуда и загружают дифенилметан марки "ч" (1л

=-25,4 С) в количестве 1500 r, В термостатирующей рубашке циркулирует трансформаторное масло, в теплоотводящем элементе — вода. Циркуляция осуществляется с помощью двух термостатав. Чтобы пары вещества не попадали в помещение, сосуд герметизируют с помощью сильфона, установленного между крышкой сосуда и теплоотводящим элементом, Устанавливают температуру рубашки и теплоотводящего элемента 33 С и выдерживают систему при этой температуре до полного расплавления дифенилметана. Включают двигатель возвратно-поступательного движения теплоотводящего элемента для перемешивания расплава (амплитуда 20 мм, частота 120 колеб./мин). Затем, поддерживая темпераrypy рубашки неизменной, медленно понижают температуру теплоотводящего элемента до появления на последнем кристаллов. При достижении температуры 17,5 С на поверхности теплоотводящего элемента появляется тонкая пленка твердого вещества, Начиная с этого момента температуру теплоотводящего элемента поддерживают постоянной и медленно (со скоростью

0,2-0,5 С/ч) начинают снижать температуру рубашки, При этом на теплоотводящем элементе растет кристалл, Процесс кристаллизации длится 12-20 ч. На теплоотводящем элементе закристаллизовывается

80-85 (, вещества. После завершения процесса кристаллизации, теплоотводящий элемент с образовавшимся на нем кристаллом поднимают на 80 мм, при этом обогащенный примесями остаток расплава стекает на дно сосуда. Затем поднимают диафрагму рубашки на уровень верхней границы расплава и с помощью сообщающегося с рубашкой вспомогательного сосуда заполняют нижнюю часть рубашки до диафрагмы хладоагентом — пятидесяти и роцентным раствором хлористого кальция, Холодильник, расположенный в нижней части холодной зоны, соединяют с охлаждающим устройством ВДО, устанавливают температуру задатчика 15ОС и кристаллиэуют загрязненный расплав. Затем опускают теплоотводящий элемент на 30 мм, повышаY)T температуру теплоотводящего элемента и рубашки до 33 С. расплавляют кристалл над твердым расплавом, включают перемешивание и проводят аналогичным способом вторую кристаллизацию. При необходимости кристаллизацию можно проводить еще несколько раз, каждый раз кристаллиэуя за1813817 грязненный расплав, В результате проведения двукратной направленной кристаллизации нами было получено 1230 г очищенного дифенилметана, степень чистоты которого по данным криометрического анализа со- 5 ставила 99,94 (степень чистоты исходного материала 99,32 ). Аналогична проведенная очистка дифенила позволила получить продукт чистотой 99,87 из исходного материала чистотой 987ь, Таким образом, 10 предлагаемое техническое решение обеспечивает возможность периодического выведения из зоны очистки загрязненной примесями части расплава, а также обеспечивает эффективное перемешивание рас- 15 плава в непосредственной близости от зоны роста кристалла и, тем самым, повысить степень чистоты кристалла и обеспечить возможность применения в промышленном мелкотоннажном производстве высокочи- 20 стых органических веществ непосредственно из технических реактивов, Формула изобретения

1. Способ получения кристаллов орга- 25 нических веществ, включающий расплавление шихты с введенным в нее теплоотводящим элементом и кристаллизацию на нем расплава при его перемешива-. нии и охлаждении с заданной скоростью, отличающийся тем,что,с целью повышения степени чистоты кристаллов и обеспечения воэможности мелкотоннажного их производства, первоначально на теплоотводящем элементе кристаллизуют

80-85 расплава, извлекают из оставшегося расплава кристалл, расплав затем охлаждают до затвердевания, после чего кристалл расплавляют и процесс повторяют.

2, Устройство для получения кристаллов органических веществ, включающее цилиндрический сосуд для расплава, снабженный термостатирующей рубашкой, с теплоносителем, установленный внутри него, теплоотводящий элемент и средство для перемешивания расплава, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения степени чистоты кристаллов и обеспечения мелкотоннажного их производства, термостатирующая рубашка снабжена холодильником, размещенным в ее нижней части, заполненным жидкостью, не смешивающейся с теплоносителем, и отделенным подвижной диафрагмой, а теплоотводящий элемент установлен с возможностью подъема и соединен с приводом его возвратно-поступательного перемешивания.

1813817

10

Составитель К).Александров

Техред М.Моргеитал Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1814 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретеииям и открытиям при Г MT СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5