CC BY
11
ИЗВЕСТИЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
т. 268 1976
(
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИСХОДНЫХ ПРОДУКТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ АМИДОПИРИНА
В. И. РЕДЕКОП, Г. Д. СПЕЦЦИ, И. П. ЧАЩИН, М. С. ЛАНЦМАН 1
(Представлена научным семинаром кафедры процессов, аппаратов и кибернетики
химических производств)
¡Все увеличивающаяся 'потребность в препаратах -амидопирина предполагает увеличение его ¡производства (или за счет увеличения производственных мощностей, или (интенсификации производственных процессов.
Задача интенсификации процессов может быть решена путем перевода ¡производства на непрерывную схему. Связанные с этим переводом расчетные и (проектные работы, в первую очередь для первой стадии — метилирования, потребовали определения некоторых физико-химических свойств исходных веществ: 1 фенил- 3-метил- пиразол о»н а -5 (ФМП), ¡метилового эфира б ен з о л с у л ь ф о ки с л от ы и продукта метилирования: 'бешолсульфоната антипирина (БОКА), из-за отсутствия таковых в литературных источниках.
Для определения 'были взяты техническое сырье и продукт, непосредственно используемые в производстве.
Определение насыпного веса проводилось но стандартной методике для воздушно-сухих материалов.
Насыпной вес ФМП составил 663 кгс/см3, а БОКА — 806 кпс/м3.
Определение плотности расплавов ФМП и БОКА производилось пикнометричесиим методом в температурном интервале 130-^210°С. На- , иболее интересными с технологической точки зрения являются плотности для ФМП — при 130°С и для БОКА — при 210°С, которые соответственно равны 1190 и 995 лсг/м3.
Для расплавов ФМП и БОКА, а также для метилового эфира бен-золсульфоиислоты определялась вязкость при помощи -капиллярного *
вискозиметра типа ВПЖ-2 ГОСТ 1002—62.
/Вискозиметр был помещен в прозрачный термостат, заполненный высокоиипящей жидкостью.
Для ФМП 'в температурном интервале '14<Н-210°С динамическая -
вязкость уменьшается от 5,49 до 1,69 сиз; для БОКА в интервале 145-ь -т-225°С—от 32,7 до 6,06 спз; для эфира измерена вязкость при 20° С, равная 6,01 спз.
Температуры плавления ФМП и БСКА определялись по стандартной методике и получились соответственно 124-=-125° С и .93-5-94° С.
Исследованиями установлено, что ФМП и БСКА практически не возгоняются. При (выдерживании в расплавленном состоянии ФМП и БОКА меняют температуру плавления, очевидно, из-за изменений в составе основного продукта.
Коэффициенты температуропроводности (а) и теплопроводности
(Я) для ФМП и БСКА определялись да методу регулярного режима [1].
Результаты даны в
Таблица 1
ФМП • Б С К А
а м*!час ^ вт • }__ вт
л ............ м-град а м'2;час Л м град
1,93-Ю-4 0,0941 1,89-10~4 0,0797
Для ¡подбора конструкционных материалов при аппаратурном оформлении ¡процессов определялся краевой угол смачивания их ФМП ■и БСКА на приборе конструкции П. А. Ребиндера, в который были (внесены конструктивные изменения, позволяющие ¡поддерживать ФМП и БСКА в расплавленном ¡состоянии. Определения (производились для металлов (сталь, чугун, медь, латунь, алюминий} и тефлона. Не смачивается этими веществами только тефлон.
Полученные результаты необходимы при расчетах и конструировании аппаратов для производства антипирина.
Вторая часть работы посвящена исследованию ¡процесса кристаллизации БСКА. Исследование проводилось с целью установления оптимальных условий процесса, необходимых для выполнения полупромышленных ¡испытаний и для составления ¡проектного задания на проектирование промышленного кристаллизатора непрерывного действия. К этим условиям относятся: вид растворителя, температура, скорость охлаждения, скорость перемешивания, начальная концентрация раствора, продолжительность процесса кристаллизации, наличие и характер влияния примесей, различные физико-химические и физические воздействия. *
В настоящее время кристаллизация БСКА проводится в аппаратах периодического действия из раствора, получаемого смешением плава с водой. В общем процесс 'кристаллизации длится около 24 часов, при перемешивании, с остановками аппарата для чистки стенок от слоя инкрустации. Из кристаллизатора масса поступает на центрифугирование. Для нормального хода процесса центрифугирования желательно образование по возможности более крупных и однородных по размеру кристаллов.
Поскольку готовых данных о процессе ¡кристаллизации БСКА нет, если не считать результаты определения растворимости в интервале 20-^40° С, встала задача эксп^риментальното изучения течения процесса в различных условиях и определения влияния на него различных факторов. Всего было поставлено 8 серий опытов.
Для исследований использовался технический БСКА, полученный с завода. )
Водные растворы БСКА готовились при температурах, определенных по предварительно снятой кривой растворимости, с (различным соотношением количеств вещества и растворителя, начиная от 3:5 до 4:1.
Опыты проводились в разное время, при различных числах оборотов мешалки, ,в различных температурных условиях. Для каждого опыта поддерживались постоянными: число оборотов мешалки и температура охлаждающей воды, для чего стакан с раствором помещался в термостат. Температурный интервал опытов 0^-90° С. Охлаждение растворов ¡протекало с различной скоростью. Использовались рамная и пропеллерная мешалки из различных материалов.
После высушивания (полученных кристаллов (производился их ситовой анализ. Полученные данные сводились в таблицы, аналиэдрова-
6 Заказ 5580
81
лйсь, представлялись графически интегральными и. дифференциальными кривыми распределения.
Ниже приведены результаты анализа полученных данных.
1. Увеличение продолжительности -кристаллизации ведет к увеличению крупности кристаллов. Наилучшим временем в условиях опытов можно считать 60 -мин. Дальнейшее увеличение продолжительности не дает существенного, улучшения .гранулометрического состава продукта кристалл и з а ции.
2. Для выяснения характера влияния на гранулометрический состав кристаллов скорости перемешивания проводились опыты' при числах оборотов мешалок от 24 до 72 об/мин. Выяснилось, что по мере увеличения скорости перемешивания раствора уменьшается выход крупных и растет выход мелких фракций за счет разрушающего действия мешалки и взаимного трения кристаллов, проявляющихся в большей степени по мере увеличения вязкости перемешиваемой массы.
Для малоконцентрированных растворов (БСКА:вода=3:5) наблюдалось улучшение гранулометрического состава (Кристаллов при повышении числа оборотов мешалки, по-видимому, за счет увеличения скорости роста кристаллов в условиях повышенного маосообмена.
Для двух опробованных типов мешалок, рамной и ¡пропеллерной, разница выходов крупных и мелких фракций кристаллов незначительна.,
Результаты некоторых опытов, поставленных с целью, выяснения влияния на гранулометрический состав кристаллов начальной концентрации раствора, даны в табл. 2.
Таблица 2
Соот- Коли- Выход фракций, в %
№ ношение чество Время, Примечание
п.п. Б СКА: БСКА, мин + 1,5 +1 +0,25
вода г + 0,5 -0,25
1 3 5 60 15 1,4 7 51,4 40,2 Число
2 1 1 80 » — 1,2 8,6 46,8 43,4 оборотов
3 2 1 100 » 3,6 14,9 31,2 33,6 16,7 мешалки,
4 3 1 150 » 7,6 23,1 39,3 27,7 2,7 32 об/мин
5 4 1 120 » 3,2 25,8 19,14 31,3 20,3
6 1 1 80 60 — 12 12,5 42 33,5
7 2 1 100 » 6,3 22,1 25,3 31,8 14,5 Темпера-
8 3 1 150 » 1,5 . 16,8 15,2 53,5 13,0 тура
9 3 5 60 90 — 1,2 6,1 46,9 45,8 охлаждаю-
10 1 1 80 » — 1,5 20,3 54,8 23,4 щей воды
11 2 1 100 » 4,7 27,8 "24,7 37,9 14,9 10° С
12 3 1 150 ' » 2, 25,4 26,4 32,9 13,3
Анализ приведенных результатов приводит ■к следующим выводам:
а) для каждого времени опыта имеется оптимальное значение концентрации раствора, для больших и меньших концентраций гранулометрический состав /кристаллов хуже;
б) при продолжительности кристаллизации 60 и 90 мин. наилучшие результаты получены для соотношения 2:1.
При большем разбавлении, видимо, степень пересыщения раствора была недостаточной, а при меньшем— очень большой, что ускорило образование зародышей и, в меньшей степени, скорость их роста, в результате чего размер кристаллов уменьшился. Повышение вязкости перемешиваемой массы, надо полагать, также сыграло отрицательную роль.
3. При продолжительности кристаллизации 15 мин. наилучшие результаты получены для соотношения 3:1, что подтверждает значитель-
мое влияние повышения вязкости/ которое при малом ¡времени опыта не успевает сказаться.
4. Для определения зависимости гранулометрического состава кристаллов от температуры кристаллизация производилась при различных температурах, от 0 до 90° С, с интервалом 15°. Результаты опытов показали, что с повышением температуры выход крупных фракций растет, вероятно, за счет увеличения скорости роста кристаллов.
Суммарный выход фракций крупнее 1 мм при повышении начальной температуры охлаждающей воды с '15 до 75° С увеличился с 37,9
до 55,1%. \
Выяснилось, 'что частицы размером 2 мм и более образуются при температуре охлаждающей среды выше 20° С. При повышении температуры, соответствующей насыщению раствора, гранулометрический состав кристаллов заметно ухудшается.
б. Зависимость гранулометрического состава образующихся цри-сталлов от скорости понижения температуры была проверена при различных условиях охлаждения раствора: ¡на воздухе, в холодной и подогретой, непроточной воде, в холодной проточной воде.
Для всех опытов ■ число оборотов мешалки 32 об/мин, время — 60 мин., соотношение количеств БСКА:вода = 2:1.
Результаты опытов даны ¡в табл. 3, в порядке возрастания скорости охлаждения раствора.
Таблица 3
№ Охлаждающая среда Выход фракций в %
п.п. +2 + 1,5 +1 +0,5 +0,25 -0,25
1 Воздух, температура 20° С 13,2 14,1 22,9 22,4 22,1 3,3
2 Вода, 75° С 10,3 16,2 28,6 18,3 21,6 5,00
3 Вода, 60° С 11,9 14,2 24,7 20,3 21,9 7,3
4 Вода, 30° С 4,1 13,1 24,1 23,2 27,5 6
5 Вода, 15° С — 10,9 27,0 24,0 29,3 8,8
6 Вода, 0° С 7,66 27,83 22,62 33,46 8,42
7 Вода проточная, температура 15° С 6,3 22,1 25,3 31,8 14,5
От первого опыта к последнему выход крупных фракций падает и растет выход мелочи. Таким образом, размер -кристаллов увеличивается по мере уменьшения скорости охлаждения раствора.
По результатам приведенных 5 серий опытов можно сделать общий ¡вывод: характер основных зависимостей для БСКА не отличается от общеизвестных вообще для растворов [2, 3, 4].
Последние 3 серии опытов быйи поставлены с целью выяснения влияния примесей на процесс 'кристаллизации БСКА, степени инкрустации им различных материалов и значения среды раствора.
Опыты с техническим и отмытым от примесей БСКА показали, что практически присутствие примесей не сказывается на качестве продукта и нет необходимости в их удалении.
БСКА относится к веществам, сильно инкрустирующим поверхности теплообмена. Инкрустации способствуют определенные температурные и гидродинамические условия, а также характер инкрустируемой поверхности. В опытах использовались стеклянные, стальные полированные и тефлоновая мешалки. Тефлон подвергается инкрустации в наименьшей степени, затем идет стекло и сталь.
Наиболее подходящей для процесса кристаллизации оказалась рреда, возникающая при растворении БСКА в воде, рН = 1,5,
Аналогичные опыты по кристаллизации с сульгином, кофеином и антипирином выполнены в полузаводских условиях.
На основе полученных результатов составлены рекомендации для полузаводских испытаний процесса (кристаллизации БСКА и других продуктов.
ЛИТЕРАТУРА
1. М. А. Михеев. Основы теплопередачи. Изд. 3-е. Госэнергоиздат, 1956.
2. Л. Н. Матусевич. Кристаллизация из растворов в химической промышленности, «Химия», 1968.
3. А. В. Б э м ф о р т. Промышленная кристаллизация. «Химия», 1969.
4. Н. В. Caldwell. Теоретический и промышленный аспекты кристаллизации. Chem. Met. Eng. 49, № 5, 116, 1952.
