CC BY
30
УДК 66.087.97
И. М. Муллабаев (асп.)1, Н. А. Быковский (к.т.н., доц.)1, Е. А. Кантор (д.х.н., проф., зав. каф.)2
Электрохимическая обработка раствора аминохлоргидрата этилендиамина в четырехкамерном непроточном мембранном электролизере
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке, 1 кафедра автоматизированных технологических и информационных систем»,
2кафедра физики
453118, г. Стерлитамак, пр. Октября, 2; тел. (3473) 242512, e-mail: nbikovsky@list.ru I. M. Mullabaev, N. A. Bykowsky, E. A. Kantor
Electrochemical treatment of aminoсhlorohydrate of ethylenediamine solution in a non-flow four-chamber
membrane electrolyzer
Branch of Ufa State Petroleum Technical University in Sterlitamak 2, October Pr, 453118, Sterlitamak, Russia; ph. (3473) 242512, e-mail: nbikovsky@list.ru
Исследован процесс получения этилендиамина и соляной кислоты из водного раствора аминохлоргидрата в четырехкамерном мембранном электролизере. Показано, что при этом может быть исключен процесс нейтрализации аминохлоргидрата щелочью и в значительной степени сокращено количество сточных вод производства.
Ключевые слова: аминохлоргидрат этилендиамина; соляная кислота; четырехкамерный непроточный мембранный электролизер; этилендиамин.
В производстве этилендиамина, основанном на взаимодействии 1,2-дихлорэтана с аммиаком, образуется водный раствор амино-хлоргидрата (АХГ), который нейтрализуют раствором щелочи:
ClCH,CH,Cl-
2NH,
->HCl • NH,CH,CH,NH, • HCl-
2NaOH
>NH,CH,CH,NH, + 2HO + 2NaCl
Реакционную смесь, содержащую воду, аммиак, хлорид натрия и этилендиамин (ЭДА), подвергают выпариванию. Кубовый остаток после выпаривания, представляющий собой водный раствор хлорида натрия с примесью аминов (1—2 %), формирует практически весь объем сточных вод
Для нейтрализации HCl, содержащейся в аминохлоргидрате, на 1 т ЭДА необходимо затратить 1.33 т NaOH, считая на безводный, или 3.3 т (2.4 м3) его 40% раствора. В результате образуется 1.95 т NaCl. Процесс выпарки проводят до получения в стоке насыщенного раствора соли. В результате получается 5.6 м3
The process of obtaining of ethylenediamine and hydrochloric acid from an aqueous aminochloro-hydrate solution a four-chamber membrane electrolyzer was investigated. It is shown that the process of aminochlorhydrate neutralization by alkali may be excluded and the volume wastewater of may significantly reduced.
Key words: ethylenediamine aminohlorgidrate; hydrochloric acid; four-chamber membrane electro-lyzer; ethylenediamine.
сточной воды, содержащей насыщенный раствор NaCl и до 1% (около 56 кг) аминов.
Обработка раствора АХГ в трехкамерном мембранном электролизере 2 позволяет сократить количество сточных вод. Однако в этом случае не исключается использование щелочи для нейтрализации остаточного количества соляной кислоты.
Нами исследован процесс извлечения ЭДА и HCl из водного раствора АХГ в четырехкамерном мембранном электролизере (рис.).
Дата поступления 21.11.10
Рис. Схема мембранного электролизера: А—анионная мембрана; К—катионнообменная мембрана
Камеры аппарата выполнены из оргстекла в виде отдельных блоков, разделенных катио-нообменной и анионообменной мембранами марки МК-40 и МА-40 соответственно. Рабочая поверхность каждой мембраны составляет 14.1 см2. В качестве материала катода использовали пластину из нержавеющей стали, а анода — титановую пластину, покрытую оксидом рутения.
Водный раствор АХГ, используемый во всех экспериментах, содержал 58.6 г/л ЭДА и 70.4 г/л HCl. Для создания начальной электропроводности в катодную камеру электролизера заливали 0.1 н раствор NaOH, а в анодную — 0.1 н раствор серной кислоты. В средние камеры заливали 13% раствор АХГ и 0.1 н раствор HCl (рис.). Объем раствора, заливаемого в каждую камеру, составлял 60 мл.
Количество электричества, пропущенного через аппарат, во всех опытах было одинаковым и равнялось 1 А-ч. Процесс электролиза изучали при мембранных плотностях тока от 7.1 мА/см2 до 49.6 мА/см2. До опыта HCl присутствовал только во 2 и 3 камерах электролизера, в количествах 4.284 г и 0.219 г соответственно. ЭДА находился только в камере 2 аппарата в количестве 3.516 г.
Распределение ЭДА и HCl по камерам электролизера после пропускания через него 1 А-ч электричества представлено в табл.
Таблица
Распределение ЭДА и HCl по камерам электролизера
В процессе электролиза происходит извлечение ЭДА из раствора АХГ, помещенного во 2 камеру, и его концентрирование в катодной камере аппарата. Присутствие ЭДА в 3 и 4 камерах электролизера обнаружено не было. При этом HCl, содержащийся в АХГ, концентрируется в камере 3. Присутствия HCl в 1 и 4 камерах аппарата не обнаружено. Это указывает на то, что проникновения ионов ЭДА через мембрану МА-40 и ионов через
мембрану МК-40 не происходит. Материальный баланс по ЭДА (около 10%) сходится с меньшей точностью, чем для HCl (не более 5 %). По результатам проведенной серии опытов был рассчитан выход по току для HCl и ЭДА. Величина выхода по току для ЭДА (около 82%) немного ниже, чем для соляной кислоты (около 87%). При этом четкой зависимости выхода по току от мембранной плотности тока не обнаружено. Следует отметить, что при увеличении токовой нагрузки электролизера более, чем до 50 мА/см2, происходит сильный разогрев растворов в камерах аппарата.
Таким образом, электрохимическая обработка раствора АХГ в четырехкамерном мембранном электролизере позволяет получать наряду с ЭДА хлористый водород. При этом может быть исключен процесс нейтрализации АХГ щелочью и в значительной степени сокращено количество сточных вод производства.
Литература
1. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного и нефтехимического синтеза.— М.: Химия.-1988.— 592 с.
2. А.с. №115597 СССР. Быковский Н. А., Чер-нышов В. В., Васильев В. П., Морозов Ю. Д., Федоров В. М.// Б. И.- 1985.- №18.
Плот- Масса ЭДА Масса HCl Выход
ность в камерах, г в камерах, г по току, %
тока, Ма/см2 1 2 1 2 ЭДА HCl
7.1 0.892 2.248 2.916 1.409 79.7 87.3
14.2 0.888 2.212 2.959 1.431 79.3 89.0
21.3 0.936 2.232 2.908 1.399 83.6 86.6
28.3 0.916 2.196 2.929 1.384 81.8 85.5
35.3 0.944 2.256 2.973 1.416 84.3 87.9
42.6 0.894 2.223 2.908 1.384 79.9 85.5
49.6 0.891 2.198 2.922 1.383 79.6 85.5
