Научная статья на тему 'Экстракция фосфорной кислоты из системы cao-n2o5-p2o5-h2o с помощью ароматических соединений и сложных эфиров'

Экстракция фосфорной кислоты из системы cao-n2o5-p2o5-h2o с помощью ароматических соединений и сложных эфиров Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
580
58
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФОСФОРНАЯ КИСЛОТА / ЭКСТРАКЦИЯ / КИНЕТИКА / СТЕПЕНЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ / PHOSPHORIC ACID / EXTRACTION / KINETICS / DEGREE OF EXTRACTION

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Кусманов Сергей Александрович, Акаев Олег Павлович, Паркаева Юлия Викторовна, Гвоздева Анна Николаевна

В статье рассматриваются вопросы извлечения фосфорной кислоты из продукта азотнокислого разложения природных фосфатов. Определены характеристики экстракции фосфорной кислоты при использовании в качестве экстрагента бензола, ксилола, этилацетата и бутилацетата. Рассчитаны константы скорости экстракции и предложена оптимальная продолжительность процесса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Кусманов Сергей Александрович, Акаев Олег Павлович, Паркаева Юлия Викторовна, Гвоздева Анна Николаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PHOSPHORIC ACID EXTRACTION FROM THE SYSTEM CaO-N2O5-P2O5-H

The article touches upon the questions of extraction of phosphoric acid from the products of nitric acid decomposition of natural phosphates. It defines the characteristics of the extraction of phosphoric acid when used as an extractant of benzene, xylene, ethyl acetate and butyl acetate. It calculates rate constants of the extraction and it suggests the optimal duration of the process.

Текст научной работы на тему «Экстракция фосфорной кислоты из системы cao-n2o5-p2o5-h2o с помощью ароматических соединений и сложных эфиров»

УДК 660

Кусманов Сергей Александрович

кандидат технических наук sakusmanov@yandex.ru,

Акаев Олег Павлович

доктор технических наук akaev@list.ru,

Паркаева Юлия Викторовна, Гвоздева Анна Николаевна

Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

ЭКСТРАКЦИЯ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ СИСТЕМЫ Са0-1Ч205-Р205-Н20 С ПОМОЩЬЮ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ

В статье рассматриваются вопросы извлечения фосфорной кислоты из продукта азотнокислотного разложения природных фосфатов. Определены характеристики экстракции фосфорной кислоты при использовании в качестве экстрагента бензола, ксилола, этилацетата и бутилацетата. Рассчитаны константы скорости экстракции и предложена оптимальная продолжительность процесса.

Ключевые слова: фосфорная кислота, экстракция, кинетика экстракции, степень извлечения.

Фосфорная кислота имеет широкое применение в хозяйственной деятельности. Она и ее соли применяются в производстве удобрений, в пищевой, сахарной, керамической, стекольной, текстильной промышленности, в машиностроении.

Фосфорную кислоту получают двумя способами: термическим и экстракционным. В первом случае получают высокочистую кислоту любой концентрации (термическую кислоту - ТФК), которая идет на химические реактивы, в пищевую промышленность. Экстракционную кислоту (ЭФК), как правило, используют в производстве удобрений, кормовых и технических фосфатов [1; 2; 4]. Известно, что энергопотребление при производстве ТФК в 13 раз больше, чем ЭФК [3]. Поэтому целесообразно получать экстракционную кислоту с последующей ее очисткой от примесей. ЭФК получают сернокислотным, азотнокислотным и, реже, солянокислотным разложением природных фосфатов [1; 2; 4]. Наиболее распространенным способом очистки фосфорной кислоты является экстракция Н3Р04 из продукта разложения природных фосфатов с помощью различных экстрагентов [6; 7]. В качестве экстрагентов используются органические растворители, не смешивающиеся с водой. Более высокой селективностью к фосфорной кислоте обладает три-бутилфосфат (С4Н9)3РО4 [5; 8]. Высокая стоимость трибутилфосфата делает технологический процесс малоэкономичным, поэтому целесообразно осуществлять поиск новых экстрагентов.

Цель данной работы заключается в изучении процесса экстракции фосфорной кислоты из продукта азотнокислотного разложения природных фосфатов с использованием ароматических соединений (бензол и ксилол) и сложных эфиров (этила-цетат и бутилацетат) в качестве экстрагентов.

Фосфорную кислоту мы извлекали из продукта азотнокислотного разложения природных фосфатов после выморозки - азотнокислотной вытяжки (АКВ):

Са5(Р04)/ + 10НШ3 = 3НзРО4 + 5Са(Ж>3)2 + НЕ

АКВ представляет собой сложную систему, содержащую в основном фосфорную кислоту, нитрат кальция, а также нитраты магния и полуторных окислов, кремниевую кислоту, кремнефтористоводородную кислоту и другие соединения (результаты химического анализа будут даны ниже).

В качестве экстрагентов были выбраны ароматические соединения: бензол и о-ксилол (далее ксилол), а также сложные эфиры уксусной кислоты: этилацетат и бутилацетат. Бензол и этилацетат являются распространенными органическими растворителями с высокими экстракционными свойствами. Ксилол и бутилацетат были выбраны как вещества, близкие по структуре и свойствам к бензолу и этилацетату соответственно.

Анализ АКВ осуществлялся по стандартным методикам [9]: содержание фосфатов и фторид-ионов определялось фотоколориметрическим методом, оксидов кальция, магния, железа и алюминия, а также свободной азотной кислоты - титри-метрическим методом.

Экстракция фосфорной кислоты из АКВ осуществлялась при объемном соотношении АКВ: экстрагент - 1:1 и температуре 20°С. Продолжительность экстракции составляла 5, 10, 15 и 20 минут. Содержание фосфорной кислоты в экстрагенте (органической фазе) определялось кислотно-основным титрованием, в рафинате (водной фазе) - фотоколори-метрическим методом.

Константа скорости процесса k определялась графически, используя зависимость логарифма концентрации экстрагируемого вещества от времени:

^ - х) =^а-2^, (1) Л3

где а - начальная концентрация экстрагируемого вещества (Н3РО4) в АКВ, х - концентрация Н3РО4, проэкстрагировавшей за время t.

© Кусманов С.А., Акаев О.П., Паркаева Ю.В., Гвоздева А.Н., 2012

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 1, 2012

11

Н ,РО.,

СаО ^ НМ03

П Г^гОз А1гОэ мди г

5,23 | 0,57 | 0,72 | 1,78 2,8 | 5,33 | 33,57

Рис. 1. Состав вымороженной азотнокислотной вытяжки

Экспериментальные данные, полученные при анализе АКВ (рис. 1), показали высокое содержание в ней свободной фосфорной кислоты - более 33%, что делает целесообразным выделить ее из данной системы.

Кроме фосфорной кислоты, в составе АКВ находится некоторое количество азотной кислоты (около 5%) и оксида кальция (около 5%). Присутствие оксидов магния, алюминия и железа не загрязняет раствор фосфорной кислоты в вытяжке, потому что оксиды металлов содержатся в незначительном количестве, а образуемые ими нерастворимые в воде фосфаты не приводят к существенным потерям кислоты. Плотность АКВ равна 1,46 г/см3 и не превышает предельно допустимого значения 1,55 г/см3,

что указывает на оптимальную концентрацию вымороженной азотнокислотной вытяжки.

После экстракции фосфорной кислоты из АКВ исследуемыми экстрагентами были получены следующие результаты (табл. 1-4).

Показано, что с увеличением времени экстракции содержание фосфорной кислоты в водной фазе уменьшается, а в органической - увеличивается; степень извлечения фосфорной кислоты в органическую фазу соответственно увеличивается (константа скорости экстракции на временном интервале от 5 до 15 минут равна 2,98-10-4 с-1) и достигает более 50% при 15 минутах экстракции (коэффициент распределения равен 1,02). При увеличении времени экстракции до 20 минут степень извлечения фосфорной кислоты в органическую фазу повышается незначительно и составляет 51,81%, поэтому оптимальным временем экстракции фосфорной кислоты из АКВ с помощью бензола при их соотношении 1: 1 является 15 минут для 20°С.

Результаты экстракции фосфорной кислоты из АКВ ксилолом показали, что с изменением продолжительности экстракции на исследуемом временном интервале степень извлечения фосфорной кислоты в органическую фазу практически не изменяется. Только при увеличении времени экстракции с 5 до 10 минут значение R увеличивается на 1,2% и остается неизменным, что говорит о достижении

Таблица1

Характеристики процесса экстракции фосфорной кислоты из АКВ бензолом при 20°С и соотношении водной и органической фаз 1:1

Время, мин Коэффициент распределения D Степень извлечения Н3РО4 в органическую фазу Я, %

5 0,69 40,96

10 0,84 45,78

15 1,02 50,60

20 1,07 51,81

Таблица 2

Характеристики процесса экстракции фосфорной кислоты из АКВ ксилолом при 20°С и соотношении водной и органической фаз 1:1

Время, мин Коэффициент распределения D Степень извлечения НзРО4 в органическую фазу Я, %

5 0,73 42,17

10 0,76 43,37

15 0,76 43,37

20 0,76 43,37

Таблица3

Характеристики процесса экстракции фосфорной кислоты из АКВ этилацетатом при 20°С и соотношении водной и органической фаз 1:1

Время, мин Коэффициент распределения D Степень извлечения НзРО4 в органическую фазу Я, %

5 1,25 55,65

10 1,35 57,39

15 1,53 60,87

20 1,67 62,61

12

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 1, 2012

Таблица4

Характеристики процесса экстракции фосфорной кислоты из АКВ бутилацетатом при 20°С и соотношении водной и органической фаз 1:1

Время, мин Коэффициент распределения D Степень извлечения Н3РО4 в органическую фазу R, %

5 0,62 38,35

10 0,72 41,74

15 0,74 42,61

20 0,88 46,96

экстракционной емкости данным экстрагентом. Из этого следует, что достаточным временем экстракции фосфорной кислоты ксилолом является 5 минут.

Установлено, что после 20 минут экстракции степень извлечения фосфорной кислоты бензолом выше, чем ксилолом, на 8,44%. В то же время обнаружено, что при 5 минутах экстракции степень извлечения при использовании ксилола выше (42,17%), чем бензола (40,96%), поэтому при небольшом времени экстракции выгоднее использовать ксилол.

Как видно из таблицы 3, при использовании эти-лацетата в качестве экстрагента степень извлечения фосфорной кислоты с увеличением времени экстракции возрастает и по истечении 20 минут достигает значения 62,61% (коэффициент распределения равен 1,67). Увеличение времени экстракции с 5 до 20 минут повышает степень извлечения в среднем на 2% (константа скорости экстракции равна 2,06-10-4 с-1), что делает технологический процесс экономически невыгодным, поэтому оптимальным временем экстракции этилацетатом будет 5-10 минут.

При использовании бутилацетата в качестве экстрагента фосфорной кислоты, как и в случае с эти-лацетатом, с увеличением времени экстракции степень извлечения увеличивается (константа скорости экстракции равна 1,53^ 10-4 с-1). В то же время при 20 минутах значение R на 15,65% меньше, чем в случае с этилацетатом, поэтому использовать данный экстрагент нецелесообразно.

Таким образом, анализ АКВ показал высокое содержание в ней свободной фосфорной кислоты (33,57%), что позволяет использовать ее для получения фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции.

Определены характеристики процесса экстракции фосфорной кислоты из АКВ с помощью бензола, ксилола, этилацетата и бутилацетата в качестве экстрагентов. Установлено, что наибольшая степень извлечения фосфорной кислоты наблюдается при использовании этилацетата (62,61%) после 20 минут экстракции при 20°С. Далее, по мере уменьшения степени извлечения, идут бензол (51,81%), бутилацетат (46,96%) и ксилол (43,37%).

Рассчитаны экспериментальные константы скорости экстракции. Выявлено, что константа имеет наибольшее значение при экстракции бензолом на временном интервале 5-15 минут (2,98-10-4 с-1); исхо-

дя из этого определено оптимальное время экстракции данным экстрагентом - 15 минут. При использовании этилацетата константа скорости имеет меньшее значение (2,06-10"4 с-1); оптимальным временем экстракции является 5-10 минут. В случае с экстракцией ксилолом константа скорости практически равна нулю, поэтому рекомендуется проводить экстракцию данным экстрагентом не более 5 минут. При использовании бутилацетата константа имеет значение 1,53-10-4 с-1, но в связи с низкой экстрагирующей способность использовать его не рекомендуется.

Библиографический список

1. Linguist B.A., Singleton P. W., Cassman K.G. Динамика неорганического и органического фосфора в процессе увеличения или уменьшения доступного фосфора // Soil. Sci. - 1997. - V 162. - N° 4. -Р 254-264.

2. Roberts M.C. Ранее существовавшие и будущие тенденции в применении фосфатов // Mining Eng. USA. - 1999. - V 51. - J№ 8. - P 59-64.

3. АнгеловА.И., ЛевинБ.В., ЧерненкоЮ.Д. Фосфатное сырье. - М. : Недра, 2000. - С. 108-109.

4. АнгеловаМ.А. Динамика и прогноз мирового производства фосфатного сырья // Химическая промышленность. - 1997. - №9 3. - С. 15-22.

5. Кусманов С.А., Гунин В.В., Акаева Т.К., Акаев О.П., Охлопков В.А. Экстракционное взаимодействие в системе CaO - N2O5 - P2O5 - H2O - трибутил-фосфат // Вестник Костромского государственного университета им. Н.А. Некрасова. - 2011. - Т. 17. -№ 2. - С. 5-9.

6. Пат. 2128623 Российская Федерация, МПК С01В25/234, С01В25/46. Способ получения очищенной ортофосфорной кислоты / Гриневич А.В., Кочетков С.П., Парфенов Е.П., Лембриков В.М., Малахова Н.Н., Никитин В.Г., Катунина А.Б.; заявл. 1998.05.27; опубл. 10.04.99. Бюл. №> 10.

7. Пат. 2205789 Российская Федерация, МПК С01В25/46. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты / Лембриков В.М., Коняхина Л.В., Волкова В.В., Никитин В.Г, Соловьев Ю.М., Чернышева Г.А., Ершова С.М.; заявл. 2002.06.07; опубл. 10.06.2003. Бюл. №> 8.

8. Пат. 1502038 Российская Федерация, МПК B01D1/14. Способ получения очищенной ортофосфорной кислоты / Кочетков С.П., Смирнов Н.Н.,

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 1, 2012

13

Хромов С.В., Лембриков В.М., Парфенов Е.П., Малахова Н.Н., Ильин А.П., Бушуев Н.Н., Никитин В.Г.; заявл. 2003.07.31; опубл. 23.08.89. Бюл. N° 31.

9. Руководство по анализу в производстве фосфора, фосфорной кислоты и удобрений / под ред. И.Б. Мойжес. - Л.: Химия, 1973. - 260 с.

УДК 616.12-008.46-085

Сидоров Александр Вячеславович

Ярославская государственная медицинская академия

alekssido т v@ya. т

УРОВЕНЬ КАТЕХОЛАМИНОВ И БИОГЕННЫХ АМИНОВ В МИОКАРДЕ

У КРЫС С ХРОНИЧЕСКОЙ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ НА ФОНЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ИНГИБИТОРОВ АНГИОТЕНЗИНПРЕВРАЩАЮЩЕГО ФЕРМЕНТА, БЕТА-АДРЕНОБЛОКАТОРОВ И ИХ КОМБИНАЦИЙ

При экспериментальной хронической сердечной недостаточности бета-адреноблокаторы, особенно кардионесе-лективные пропранолол и пиндолол, более выражены, чем ингибиторы АПФ, модулировали активность симпатоадре-наловой системы миокарда. Корригирующее влияние на уровень биогенных аминов у липофильных ингибиторов АПФ, пропранолола и метопролола проявлялось в одинаковой степени и превосходило действие остальных препаратов. Комбинированное лечение было более эффективным, чем монотерапия ингибиторами АПФ, но не метопрололом.

Ключевые слова: хроническая сердечная недостаточность, миокард, катехоламины, биогенные амины, бета-адреноблокаторы, ингибиторы АПФ.

ва прошедших десятилетия ознаменовались переосмыслением сути синдрома ХСН. Достигнуто понимание того, что ключевым моментом в развитии и прогрессировании данного синдрома, независимо от его этиологии, является гиперактивация нейрогормональных систем [1; 10]. Нейрогормоны, циркулирующие в плазме крови, в частности, норадреналин, мозговой натрий-уретический пептид и его ^концевой предшественник, в настоящее время используются как биологические маркеры при диагностике ХСН, а также для контроля за эффективностью ее лечения [5].

Менее изучено при ХСН изменение тканевых ней-рогормональных систем. Так, относительно колебания уровня катехоламинов в сердце имеются противоречивые литературные данные [3; 14], а влияние нейрогуморальных модуляторов, таких как бета-ад-реноблокаторов и ингибиторов АПФ, на миокардиальный пул катехоламинов изучено недостаточно.

Смертность пациентов с ХСН остается высокой даже при адекватном лечении [5]. Это стимулирует поиск возможных механизмов, ответственных за прогрессирование данной патологии. Сообщается, в частности, о заинтересованности в патогенезе ХСН системы биогенных аминов [8; 17].

Цель работы заключалась в исследовании влияния различных по фармакологическим свойствам бета-адреноблокаторов, ингибиторов АПФ и их комбинированного применения на уровень катехоламинов и биогенных аминов в миокарде у крыс с экспериментальной ХСН.

Исследование ХСН проводилось на 120 белых беспородных половозрелых крысах-самцах посред-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ством дозированного введения силиконового масла в плевральные полости крыс по методике Н.Н. Пятницкого и Ю.А. Блинкова [11] в нашей модификации [12]. Первоначально с помощью шприца с толстой иглой в каждую плевральную полость крысы вводили по 1,5 мл масла на 100 г веса; через 30 дней осуществляли повторную инъекцию масла по 1,0 мл/100 г веса в обе плевральные полости. Прокол грудной клетки у наркотизированных крыс (нембутал 40 мг/кг) осуществляли на середине расстояния между нижним углом лопатки и позвоночным столбом справа и слева. Масло оказывало сопротивление сердечным сокращениям, развивалась компенсаторная гипертрофия миокарда, а в последующем дилатация полостей сердца. Наличие у крыс ХСН по тотальному типу подтверждалось патоморфологическими методами [12].

Через сутки с момента формирования ХСН начинали введение одного из следующих препаратов (мг/кг): каптоприл (6,3), эналаприл (1,7), лизиноп-рил (0,8), атенолол (8,4), метопролол (16,8), небиво-лол (0,8), пиндолол (2,5), пропранолол (11,8). Две группы получали комбинацию метопролола с лизинопри-лом или эналаприлом (в тех же дозах, что и при монотерапии). Препараты вводились ежедневно внутриже-лудочно в виде водного раствора объемом 1 мл в течение 91 суток. Дозы рассчитывали по Т. А. Гуськовой исходя из средней терапевтической для человека с учетом коэффициента 5,9 [2]. Контрольным животным вводили дистиллированную воду. Имелась группа из 10 интактных крыс того же возраста.

Концентрацию катехоламинов и биогенных аминов в миокарде обоих желудочков сердца определяли

14

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 1, 2012

© Сидоров А.В., 2012

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.