Способ получения концентрированного газообразного формальдегида

 

Использование: в синтезе органических соединений. Сущность изобретения: продукт - концентрированный газообразный формальдегид. Условия процесса концентрирования: конденсацию проводят на поверхности пористого материала с размером пор от 0,1 до 300 мкм или на поверхности металлической сетки с диаметром отверстия до 300 мкм, охлаждение пористого материала с наружной стороны - при давлении ниже давления парогазовой смеси, а именно 0,03-3,0 ата. 1 с.п., 2 з.п. 6 пр., 1 табл.

Изобретение относится к способу получения концентрированного газообразного формальдегида, применяемого для синтеза многочисленных органических соединений на основе мономерного формальдегида, который широко используется для производства полимерных материалов, таких как карбамидные, фенольные, меламиновые, полиацетальные смолы, а также пленкообразующих и пропитывающих материалов, клеев, изопрена и других продуктов.

Формальдегид для этих целей используется сравнительно давно, однако потребность создания более эффективных процессов поставила задачу получения высококонцентрированного газообразного формальдегида, где его содержание по отношению к воде и метанолу составляет 60% и выше.

Наиболее эффективным технологическим процессом получения концентрированного формальдегида является парциальная конденсация формальдегидсодержащих паров с последующим отделением конденсата с пониженным содержанием формальдегида. Парциальная конденсация осуществляется в трубках Фильда /1/. Однако выход целевого продукта при этом весьма низок.

Лучший эффект достигается, если в способе получения концентрированного газообразного формальдегида парциальную конденсацию ведут при скорости газовой смеси на входе в аппарат выше 15 м/с и непрерывном отводе образующегося конденсата. Этот способ, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому, принят нами за прототип /2/. Процесс сводится к тому, что формальдегидсодержащую парогазовую смесь подают внутрь охлаждаемой трубки. Образующийся конденсат (вода, метанол, муравьиная кислота) стекает в виде сплошной пленки по стенкам трубы, а паровая фаза проходит по центру. Внутри трубки одновременно протекают два типа процессов: физические конденсация паров воды, метанола и муравьиной кислоты с образованием жидкой фазы, стекающей в виде пленки, и растворение формальдегида в ней, и химический процесс взаимодействия формальдегида с водой с образованием метиленгликоля. Таким образом, совместное движение паров формальдегида и конденсата по всей длине трубы приводит к повышенному растворению формальдегида и, следовательно, развитию реакции образования метиленгликоля. Кроме того, при указанных скоростях парогазовой смеси на выходе из трубок наблюдается диспергирование жидкой фазы в объеме газа, что затрудняет полное их разделение в газоотделителе. Способ обеспечивает выход газообразного формальдегида на уровне 40% Задачами предлагаемого способа являются увеличение выхода формальдегида в паровой фазе за счет уменьшения его потерь с конденсатом, упрощение аппаратурного оформления процесса за счет исключения газоотделителя, энергосбережение путем отвода тепла конденсации за счет испарения образующейся жидкой фазы.

Поставленные задачи решаются тем, что в способе получения концентрированного газообразного формальдегида путем парциальной конденсации парогазовой смеси, содержащей формальдегид, воду, метанол и муравьиную кислоту, на поверхности теплопроводящего материала, охлажденного с наружной стороны до температуры ниже точки росы парогазовой смеси, с последующим разделением сконденсировавшихся продуктов и газообразного формальдегида процесс конденсации проводят на поверхности пористого материала, а охлаждение пористого материала с наружной стороны осуществляют за счет парциального испарения продуктов конденсации, выходящих через поры материала при подаче не насыщенного парами воды метанола и муравьиной кислоты газа при давлении ниже давления парогазовой смеси. При этом пористый материал имеет размер пор 0,1-300 мкм, а процесс проводят при перепаде давления между парогазовой смесью и ненасыщенным газом, равном 0,03-3,0 ата.

В качестве ненасыщенного газа может быть применен любой газ, инертный к формальдегиду, предпочтительно воздух.

В качестве теплопроводящего пористого материала могут быть использованы возможные ткани из природных и синтетических материалов, металлические сетки с диаметром отверстий порядка до 300 мкм, термически спрессованные металлические порошки с размером пор порядка от 0,1 до 300 мкм, стеклянные и керамические пористые материалы, полимерные пористые пленки с размером пор порядка от 0,1 до 300 мкм, например ядерные фильтры, и другие материалы, стойкие к водометанольным растворам, содержащим примеси формальдегида и муравьиной кислоты.

Суть процесса состоит в том, что при пропускании парогазовой смеси, содержащей формальдегид, над поверхностью пористого материала при температуре ниже точки росы этой смеси происходит конденсация паров воды, метанола и муравьиной кислоты, содержащихся в исходной смеси. В результате образуется жидкая фаза конденсат, который попадает в поры материала, откуда при давлении газовой фазы выше давления на противоположной его стороне непрерывно вытекает из пор. В используемых пористых материалах расстояние между порами измеряется микронами, в результате чего время между образованием жидкой фазы и выходом ее через поры сведено к минимуму.

Известно, что конденсация насыщенных паров на охлажденной поверхности протекает практически мгновенно за 10^-8-10^-9 c. Формальдегид, находящийся в паровой фазе, плохо растворим в воде. Чтобы формальдегид перешел в жидкую фазу, необходимо, чтобы он превратился в метиленгликоль, для чего требуется время 10^-1-10^-2 c /3/. В результате быстрого выведения воды из зоны контакта с паровой фазой, содержащей формальдегид, резко повышается содержание последнего в парах, а воды в жидкой фазе. Конденсат, прошедший через поры, все-таки содержит какое-то количество формальдегида. Оказавшись на другой стороне пористого материала в среде ненасыщенной газовой фазы, он испаряется, отводя тепло, выделяющееся при конденсации. В силу специфических свойств водных растворов формальдегида при их быстром испарении проявляется эффект парциального испарения воды, которая концентрируется в парах, а формальдегид в неиспаренном остатке /4/. В результате достигается дополнительное снижение содержания формальдегида в отводимой паровой фазе, что увеличивает эффективность процесса разделения воды, метанола и муравьиной кислоты от формальдегида.

Таким образом осуществляется сопряженный процесс парциальной конденсации и парциального испарения, проходящие одновременно на разных сторонах пористого материала, что обеспечивает высокоэффективное отделение воды, метанола и муравьиной кислоты от формальдегида.

Пример 1. Парогазовую смесь, содержащую формальдегида 36,5% метанола 5,6% муравьиной кислоты 0,04% воды 57,86% пропускают через трубку диаметром 8 мм и длиной 500 мм, изготовленную из пористого листа на основе термически спрессованного порошка никеля с диаметром пор от 1,0 до 10 мкм. Снаружи над трубкой пропускают воздух. Давление парогазовой смеси внутри трубки 1,4 ата, а воздуха снаружи 1,3 ата. На выходе из трубки получена парогазовая смесь состава: формальдегид 79,10% метанол 1,7% муравьиная кислота 0,01% вода 19,19% При этом 93% выделившегося при конденсации тепла отведено за счет испарения продуктов конденсации, а 7% тепла конденсации отведено за счет нагрева воздуха. Выход формальдегида составляет 81,7% Пример 1а (контрольный). Парогазовую смесь такого же состава, что в примере 1, пропускают через металлическую трубку диаметром 8 мм и длиной 500 мм. Трубку снаружи охлаждают проточной водой с температурой +14^oC. Давление парогазовой смеси внутри трубки составляет 1,5 ата. На выходе из трубки парогазовая смесь с конденсатом поступает в газоотделитель, где разделяется на две фазы. На выходе из газоотделителя парогазовая смесь имеет следующий состав: формальдегид 54,3% метанол 2,0% муравьиная кислота - 0,01% вода 43,69% Выход формальдегида в паровой фазе 24,7% Сведения по примерам 2-6 представлены в таблице, из которой следует, что предложенный способ позволяет повысить выход формальдегида в газовой фазе до 80% и выше, что существенно превосходит результаты известных ранее способов: выход целевого продукта по прототипу вдвое ниже; аналогичные же результаты получены в контрольном опыте.

Помимо увеличения выхода концентрированного газообразного формальдегида, предложенный способ характеризуется пониженной энергоемкостью (не требуется водяного охлаждения) и более простым аппаратурным оформлением (не используется газоотделитель).

Формула изобретения

1. Способ получения концентрированного газообразного формальдегида путем парциальной конденсации парогазовой смеси, содержащей формальдегид, воду, метанол и муравьиную кислоту, на поверхности теплопроводящего материала, охлажденного с наружной стороны до температуры ниже температуры точки росы парогазовой смеси, с последующим разделением сконденсировавшихся продуктов и газообразного формальдегида, отличающийся тем, что процесс конденсации проводят на поверхности пористого материала с размером пор 0,1 300,0 мкм или на поверхности металлической сетки с диаметром отверстия до 300 мкм, а охлаждение пористого материала или сетки с наружной стороны осуществляют за счет парциального испарения продуктов конденсации, выходящих через поры материала или сетки, при подаче не насыщенного парами воды, метанола и муравьиной кислоты газа при давлении ниже давления парогазовой смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят при перепаде давлений парогазовой смеси и ненасыщенного газа 0,03 3,0 ата.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенного газа используют воздух.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2