Способ получения водного раствора уксусной кислоты

 

Изобретение относится к области органической химии, в частности к получению водного раствора уксусной кислоты. Способ включает следующие операции. Емкость с исходным сырьем - концентрированной уксусной кислотой – заполняют водой в количестве, требуемом для получения полугидрата уксусной кислоты. Далее из нижнего слоя в исходной емкости откачивают часть полученного раствора уксусной кислоты в таком количестве, которое необходимо для получения требуемой концентрации конечного продукта. Затем вводят такую вторую порцию воды, чтобы средняя массовая доля уксусной кислоты в исходной емкости составляла 72-80%, после чего перекачивают раствор из нижнего слоя в рабочие емкости. Технический результат - снижение пожароопасности технологического процесса и уменьшение концентрации паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны.

Изобретение относится к области органической химии, в частности к получению водного раствора уксусной кислоты.

Известен способ получения водного раствора уксусной кислоты, описанный в “Технологической инструкции по производству столового уксуса” ТИ 10-0334585-3-94 с изменением №1 (1996 г.), разработанной ВНИИ пищевой биотехнологии, г. Москва. Способ включает разогрев концентрированной уксусной кислоты вместе с емкостью в случае наличия твердой фазы до 45-50°С способом, исключающим непосредственный контакт с теплоносителем, например, с помощью парогенератора (пар подается в полурубашку цистерны). Далее перекачивают уксусную кислоту в рабочие емкости, а затем в реактор, заполненный водой, добавляют из рабочих емкостей концентрированную уксусную кислоту до получения нужной концентрации раствора (с.5 изменения №1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения водного раствора уксусной кислоты, описанный в “Инструкции по технике безопасности, пожарной безопасности, промсанитарии при обслуживании узла приема уксусной кислоты” ТБ-УФК-10-02, разработанной 000 “СибПромХим”, Новосибирск, 2002 г. (стр.2). Способ включает заполнение цистерны с концентрированной уксусной кислотой расчетным количеством воды и перекачивание полученного раствора в рабочие емкости.

Недостатками описанных выше способов являются следующие:

- высокая пожароопасность (температура вспышки паров составляет 38°С, давление насыщенного пара при 45-50°С составляет 42-56 мм рт. ст.);

- высокая токсичность процесса (ПДК=5 мг/м³);

- возможность кристаллизации кислоты в трубопроводах и насосах, если температура окружающей среды ниже температуры кристаллизации кислоты (+16,7°С);

- при наличии твердой фазы сублимация уксусной кислоты;

- десублимация уксусной кислоты на стенках емкости.

Целью изобретения является снижение пожароопасности технологического процесса и снижение концентрации паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения водного раствора уксусной кислоты, включающем наполнение водой емкости с исходным сырьем - концентрированной уксусной кислотой - согласно изобретению воду для заполнения берут в количестве, требуемом для получения полугидрата уксусной кислоты, после наполнения емкости водой откачивают такую часть полученного раствора уксусной кислоты из нижнего слоя жидкой фазы, которая необходима для получения требуемой концентрации конечного продукта, вторую порцию воды вводят в таком количестве, чтобы средняя массовая доля уксусной кислоты в исходной емкости составляла 72-80%, далее перекачивают раствор из нижнего слоя в рабочие емкости.

Такой способ позволяет создать работающую водяную подушку в течение всего процесса откачивания основного количества жидкой фазы из емкости вследствие перемещения водяной подушки. Благодаря наличию значительного количества свободной воды она активно взаимодействует с твердой фазой, растворяя ее. Уксусная кислота в водяной подушке находится в мономерной форме, что обусловливает отсутствие пожароопасности и низкое парциальное давление уксусной кислоты в насыщенных парах.

Технология осуществления способа представлена на следующих примерах.

Пример 1 (декабрь)

Емкость, представляющая собой горизонтальный цилиндр диаметром 3,0 м и длиной 10,62 м, вместимостью 73,1 м³, содержащая 66,0 т 99,9%-ной уксусной кислоты в твердой фазе, располагается в тепляке. Плотность твердой фазы - 1,105 г/см³. Твердая фаза вследствие процессов сублимации-десублимации находится в верхней части цистерны и на крышке люка в виде “шубы” толщиной 10-20 см. В емкость по счетчику вводят первую порцию воды в количестве 9,9 т, которая необходима для связывания основного количества уксусной кислоты в виде полугидрата. Затем с помощью насоса производительностью 12 ³/ч через трубопровод с обратным клапаном из нижнего слоя жидкой фазы откачивают в хранилище 13 м³ раствора со следующими характеристиками: температура (Т)=0°С, плотность (ρ)=1,0891 г/см³, массовая доля уксусной кислоты (С)=77%, содержащего 10,9 т уксусной кислоты в пересчете на 100%-ную. Затем вводят вторую часть воды в таком количестве, чтобы конечная массовая доля уксусной кислоты составляла 72%. Это составляет 14,8 т. (Хранилище уксусной кислоты находится на открытой площадке. Температура кристаллизации 72%-ного раствора составляет минус 15,5°С). Водяная “подушка”, которая образуется после введения второй порции воды, начинает интенсивно растворять твердую фазу в верхней части емкости. После введения второй порции воды массовая доля уксусной кислоты в верхнем слое составляет 35%. Затем начинают откачивать раствор в рабочие емкости непрерывно или периодически так, чтобы на стенках емкости выше уровня жидкости не оставалась твердая фаза.

Пример 2 (апрель)

Емкость, аналогичная описанной в примере 1, содержит 65,0 т 99,9%-ной кислоты, причем количество твердой фазы составляет около 30%, температура жидкой фазы 16,5°С. Вводят первую порцию воды, необходимую для получения полугидрата уксусной кислоты, составляющую 9,75 т. Затем откачивают в хранилище аналогично примеру 1 3,0 м³ раствора с Т=7°С, ρ=1,0817 г/см³, С=86%, содержащего 2,79 т уксусной кислоты в пересчете на 100%-ную. Далее вводят вторую порцию воды в таком количестве, чтобы получить раствор со средней массовой долей 80%. Это составляет 6,25 т. (Температура в цехе в апреле - начале мая 14-15°С, при повышении до 20°С не начнется расслоение раствора). После введения второй порции воды массовая доля в верхнем слое составляет 59,4%; Т=4,2°С. Затем раствор перекачивают в рабочие емкости аналогично примеру 1.

Пример 3 (август)

В емкость, аналогичную описанной в примере 1, содержащую 67,0 т 99,9%-ной уксусной кислоты с T=22°C и ρ=1,0475 г/см³, вводят необходимое для получения полугидрата уксусной кислоты количество воды, а именно 10,05 т по счетчику. Массовая доля уксусной кислоты в верхнем слое составляет 86%, температура 19°С. Затем аналогично примеру 1 в хранилище откачивают 9,4 м³ раствора со следующими характеристиками: Т=19°С, ρ=1,0689 г/см³, С=87%, содержащего 8,74 т уксусной кислоты в пересчете на 100%-ную. К оставшемуся раствору в емкости добавляют вторую порцию воды в таком количестве, чтобы получить конечную среднюю массовую долю 78%. Это составляет 7,7 т. Массовая доля уксусной кислоты в верхнем слое 59,2%. Затем непрерывно откачивают раствор из нижнего слоя в рабочие емкости.

Пример 4 (октябрь)

Емкость, аналогичная описанной в примере 1, содержит 66,6 т 99,9%-ной уксусной кислоты. Количество твердой фазы около 20%. Температура жидкой фазы 16,4°С. Вводят первую порцию воды, необходимую для получения полугидрата уксусной кислоты, составляющую 9,64 т. Затем откачивают 9 м³ раствора с Т=10°С, ρ=1,0787 г/см³, С=86%, содержащего 9,35 т уксусной кислоты в пересчете на 100%-ную. Вводят вторую порцию воды для получения раствора, содержащего в среднем 74% основного вещества. Это составляет 11,6 т. Массовая доля уксусной кислоты в верхнем слое - 47%. (Хранилище уксусной кислоты находится на открытой площадке. Сырье будет хранится в течение ноября - декабря. Температура кристаллизации 74%-ного раствора минус 14°С). Перекачивание в рабочие емкости проводится аналогично примеру 1.

Пример 5 (февраль) - прототип.

Емкость, аналогичная описанной в примере 1, содержит 66,1 т 99,9%-ной уксусной кислоты, 25% этого количества находится в твердой фазе с Т=15°С. Вводят только первую порцию воды в количестве 10 т. Затем перекачивают в хранилище 63 м³ раствора с Т=0°С, содержащего 57,05 т уксусной кислоты в пересчете на 100%-ную. При попытке разогреть содержимое емкости с помощью пара, подаваемого в ее полурубашку, 9,05 т уксусной кислоты в пересчете на 100%-ную в процессе сублимации-десублимации образуют “шубу” на всей внутренней поверхности емкости.

Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с известными являются следующие:

- низкая пожароопасность вследствие большого поглощения тепла во время проведения технологического процесса, что приводит к понижению давления насыщенных паров;

- низкая токсичность, связанная с низким парциальным давлением уксусной кислоты;

- улучшение условий труда из-за низкой токсичности и пожароопасности технологического процесса;

- упрощение технологической схемы в связи с отсутствием оборудования при переводе твердой фазы в раствор и отсутствием системы улавливания паров.

Формула изобретения

Способ получения водного раствора уксусной кислоты, включающий наполнение водой емкости с исходным сырьем - концентрированной уксусной кислотой, отличающийся тем, что воду для заполнения берут в количестве, требуемом для получения полугидрата уксусной кислоты, после наполнения емкости водой откачивают такую часть полученного раствора уксусной кислоты из нижнего слоя исходной емкости, которая необходима для получения требуемой концентрации конечного продукта, затем вводят вторую порцию воды в таком количестве, чтобы средняя массовая доля уксусной кислоты в исходной емкости составляла 72-80%, далее перекачивают раствор из нижнего слоя в рабочие емкости.