CC BY
17Х
И
М
И
Ч
Е
С
К
И
Е
НАУКИ
УДК 547
Д.Д. Кудрина
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛТИОПРОПИОНОВОГО АЛЬДЕГИДА
В статье рассматриваются пути совершенствования процесса получения метилтиопропионовго альдегида (АМТП). Выявлены достоинства и недостатки процесса производства АМТП на ОАО «Волжский Оргсинтез». Предложен новый способ получения АМТП. В статье проведено сравнение ныне используемого способа производства АМТП и предлагаемого автором.
Ключевые слова: метилтиопропионовый альдегид (АМТП), акролеин, метилмеркаптан, триэтиламин, метилморфолин, уксусная кислота.
Метилтиопропионовый альдегид (АМТП) представляет собой бесцветную подвижную жидкость с температурой кипения 165 ° С. Его производство является крупнотоннажным. АМТП используют в качестве исходного сырья для производства метионина - незаменимой аминокислоты, получаемой синтетическим путем.
Производство АМТП является актуальным, так как в последнее время возрос спрос на потребление метионина, который является кормовой добавкой в корма. Рынок аминокислот в РФ достаточно стабилен, его емкость с каждым годом растет пропорционально развитию животноводческой отрасли и местного кормопроизводства.
Проведя анализ существующего промышленного способа производства АМТП на заводе ОАО «Волжский Оргсинтез» в г. Волжском [1], сделаем вывод о достоинствах и недостатках используемого промышленного метода.
К достоинствам можно отнести то, что предприятие самостоятельно обеспечивает себя сырьем для производства АМТП, то есть не зависит от внешних производителей. Процесс производства целевого продукта полностью автоматизирован. Применяемый катализатор для производства АМТП дает высокий выход продукта.
Основными недостатками данного производства являются энергетические затраты на производство продукции.
© Кудрина Д.Д., 2016.
Научный руководитель: Мохов Владимир Михайлович - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
Вестник магистратуры. 2016. № 12-2(63).
ISSN 2223-4047
Несмотря на то, что используемая в производстве катализаторная смесь триэтиламина и уксусной кислоты дают высокий выход продукта, она в тоже время полностью не защищает от образования побочных продуктов (полимеров АМТП).
Основной целью данного исследования является поиск нового катализатора, который позволит увеличить выход АМТП, по сравнению с применяемым в настоящее время на производстве катализатором.
Процесс получения АМТП можно представить в виде следующей химической схемы [1]: + Н3С—БЫ -^ Н3С—Б^_
-O
4-0 +62,02 кДж/моль (1)
Поскольку реакция (1) является экзотермической и практически мгновенной, то ее можно контролировать соответствующим образом только при условии наличия разбавленной среды, в качестве которой используется сам АМТП, циркулируемый в контуре через реактор. В этих условиях реакция протекает в 2 стадии.
Первая стадия - присоединение молекулы метилмеркаптана (ММК) к молекуле АМТП с получением соответствующего полуацеталя:
Н3С—Б + Н3С—БН -НоС—Б
N_, 3 \_
4=0
Н0 СН3+43,16 кДж/моль (2)
Вторая стадия - взаимодействие молекулы акролеина с молекулой полуацеталя с получением двух молекул АМТП:
H3C—S
\_v + -— 2 H3C—S
-S
HO CH
O
+18,86 кДж/моль (3)
П3
Оптимальный температурный режим реакции синтеза определяется в пределах от 28 до 40 °С, увеличение температуры более 50 °С уменьшает выход продукта.
Для полного связывания вступившего в реакцию акролеина синтез АМТП ведут при небольшом избытке ММК, что позволяет свести к минимуму образование продуктов полимеризации и их дальнейшее выделение в процессе очистки сырого АМТП. Избыток ММК составляет 0,004 молярных долей по отношению к акролеину.
В результате патентно-информационного поиска был найден патент RU 2336266 С2, на основе которого будет предложено усовершенствование производство АМТП.
Катализаторы реакции присоединения олефина к меркаптану, применяемые в коммерческом производстве АМТП, предпочтительно оценивают на основании нескольких критериев, включающих степень превращения и выход АМТП, кинетику реакции и тенденцию катализатора катализировать нежелательные побочные реакции, в результате которых получаются высокомолекулярные побочные продукты и снижается чистота продукта, что может происходить как во время реакции получения АМТП, так и во время последующего хранения конечного продукта.
В предлагаемом к использованию изобретении применяется способ получения 3-метилтиопропаналя, включающий взаимодействие метилмеркаптана с акролеином, в присутствии катализатора, содержащего органическое основание и органическую кислоту, отличающийся тем, что органическое основание представляет собой ^алкилморфолин. Подходящее соединение морфолина представляет собой С1 -Сб-алкилморфолин, предпочтительно метилморфолин [2].
Применение такого специфического катализатора дает возможность осуществить промышленный способ, при котором выход продукта превышает 99%, что является значительным улучшением по сравнению с выходом, получаемым при помощи катализатора, используемого на ОАО «Волжский Оргсин-тез». Кроме того, в результате применения катализатора для получения АМТП в соответствии с настоящим изобретением улучшаются кинетика реакции и устойчивость получаемого АМТП при дальнейшем хранении.
Процесс получение АМТП с использованием в качестве катализатора М-метилморфолина и уксусной кислоты может быть осуществлен при температуре от 30 до 50 ° С. Реакция может проводиться как при атмосфрном давлении, так и при повышенном давлении. Предпочтительно реакцию проводить при атмосферном давлении.
Способ может быть осуществлен в любом подходящем реакторе, а также в периодическом, непрерывном или полунепрерывном режиме.
Катализатор Ы-метилморфолин/уксусная кислота по сравнению с триэтиламином/уксусной кислотой заметно снижает время получения АМТП, что таким образом позволяет уменьшить размеры реактора.
Основываясь на исследования, проводимые в источнике [2], делаем вывод, что АМТП содержит меньшее количество побочных высокомолекулярных продуктов при применении катализатора N метилморфолин/уксусная кислота.
Таблица 1
Устойчивость полученного АМТП [2]_
Катализатор (молярное соотношение) Высокомолекулярные олигомеры (масс.%/масс.) через 42 суток Высокомолекулярные олигомеры (масс.%/масс.) через 60 суток
Ы-метилморфолин/уксусная кислота (2/1) 3,78 3,79
Триэтиламин/уксусная кислота (2/1) 4,35 6,35
Из таблицы 1 видно, что АМТП, полученный при помощи исследуемого катализатора более устойчив по сравнению с АМТП, получаемым при помощи ныне используемого на производстве катализатора.
Проанализировав производство АМТП на ОАО «Волжский Оргсинтез» и определив достоинства и недостатки применяемого способа, для усовершенствования данного процесса предлагается замена катализатора триэлиамин/уксусная кислота на Ы-метилморфолин/уксусная кислота. Предлагаемый катализатор, описанный в источнике [2], дает возможность достичь выхода АМТП более 99 %, а также свести к минимуму образование побочных высокомолекулярных продуктов. Использование такого специфического катализатора также позволяет улучшить кинетику процесса и устойчивость полученного АМТП.
Библиографический список
1.Постоянный технологический регламент №64 производства метилтиопропионового альдегида / ОАО «Волжский Оргсинтез».
2.Способ получения 3-(метилтио)пропаналя: пат. 2336266 Российская Федерация: МПК С07С319/18/323/22 / РЭЙ Патрик: заявитель и патентообладатель Адиссео Айэленд Лимитед. - опубл. 20.10.2008.
КУДРИНА ДАРЬЯ ДМИТРИЕВНА - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
