Влияние соотношения компонентов в исходном сырье на показатели качества пенообразователя на основе солей высших алкилсульфатов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 661.185

ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ В ИСХОДНОМ СЫРЬЕ НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ СОЛЕЙ ВЫСШИХ АЛКИЛСУЛЬФАТОВ

© Назаров А. М.1, Останин Ю. А.1, Кильдияров А. Р.2, Базунова М. В3*

1 Опытный завод АН РБ Россия, Республика Башкортостан, 450029 г. Уфа, ул. Ульянова, 65.

Тел.: +7 (34 7) 242 73 75.

2Завод Технохимсинтез Россия, Республика Башкортостан, 450029 г. Уфа, ул. Ульянова, 65.

Тел.: +7 (347) 264 94 27.

3Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел.: +7 (347) 273 66 08.

Е-таіІ: [email protected]

Исследовано влияние соотношения фракций высших жирных спиртов С8-С10 и С12ГС14 в исходном сырье на показатели качества пенообразователей на основе солей высших алкил-сульфатов. Установлено, что оптимальное содержание основного вещества в пенообразующем растворе составляет 1.25 мас.% при соотношении фракций спиртов С8-С10 и С12ГС14 в исходном сырье 50/50.

Ключевые слова: пенообразователь, высшие алкилсульфаты, устойчивость пены.

Промышленный подъем и большая доля нефтяного сектора в экономике Российской Федерации определяют возможный рост потребности в различных пенообразователях, в т.ч. пенообразователях общего назначения, как наиболее эффективном средстве пожаротушения при крупных пожарах [1]. На протяжении всей истории совершенствования пенообразователей физико-химические свойства изменялись в сторону снижения эксплуатационных затрат - обеспечения большего срока сохраняемости за счет уменьшения коррозионной активности, увеличения стабильности при хранении, снижении температуры замерзания, уменьшении рабочей концентрации и т.д. Потребительские характеристики пенообразователей, и, в частности, ограждающая и пенообразующая способность развиваются в сторону универсализации, что требует расширения диапазона свойств. Свойства пенообразующих композиций определяются, главным образом, химическим составом. Усложнение составов влечет за собой удорожание композиций. Многообразие типов пожаров приводит к тому, что находятся условия, в которых более дешевый, но менее эффективный состав экономически более выгоден, чем самый эффективный и дорогой.

Внедренное на ГУП «Опытный завод АН РБ» производство пенообразователя «Ялан» в связи с возросшей себестоимостью продукции и появлением новых пенообразователей общего назначения требует поиска путей снижения его цены без снижения качественных характеристик пенообразователя. В связи с этим целесообразной является разработка оптимального состава пенообразователя на основе солей высших алкилсульфатов, обладающего удовлетворительными показателями качества и невысокой себестоимостью.

Для производства пенообразователя «Ялан» в качестве исходного сырья используются высшие

жирные спирты (ВЖС) ряда Cg—Сю и Ci2-Ci4 в долевом соотношении 20/80. Готовый продукт представляет собой водный раствор с массовой долей основного вещества 29%.

Для решения задачи снижения цены пенообразователя «Ялан» при сохранении требуемых показателей качества, во-первых, исследовалась возможность изменения соотношения исходных компонентов таким образом, чтобы снизилась массовая доля основного вещества в готовом концентрате, и, во-вторых, осуществлялся подбор добавок, позволяющих улучшить показатели качества пенообразователя при малых концентрациях поверхностноактивного вещества (ПАВ) в растворе.

Экспериментальная часть Основные технологические стадии процесса получения пенообразователя марки «Ялан»:

1. Получение сульфоэфира сульфатированием первичных алканолов С8ГС10 и С12—С14 хлорсульфоновой кислотой (ХСК):

R-OH + HSO3Cl ^ ROSO2OH + HCl R= —CgHi7 ... —С10Н21 и —С12Н25 ... —С14Н29 Побочная реакция гидролиза ХСК в присутствии влаги:

HSO3Cl + H2O ^ H2SO4 + HCl

2. Нейтрализация сульфомассы:

- нейтрализация сульфоэфира с образованием три-этаноламиновой соли алкисульфатов:

ROSO3H + N(CH2CH2OH)3 ^ ROSO3H ■ N(CH2CH2OH)3

- нейтрализация кислот:

H2SO4 + 2N(CH2CH2OH)3 ^ [N(CH2CH2OH)3]2-H2SO4 HCl + N(CH2CH2OH)3 ^ N(CH2CH2OH)3-HCl Побочные реакции:

2ROSO3HN(CH2CH2OH)3 + Н2О ^

^ ROSO3H +[(CH2CH2OH)3N]2-H2SO4, roso2oh + Н2О ^ R-OH + H2SO4.

3. Разбавление реакционной массы, образовавшейся в результате нейтрализации водой до содержания

* автор, ответственный за переписку

758

раздел ХИМИЯ и ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

основного вещества (триэтаноламиновой соли алкисульфатов) не более 29 мас. % .

Методика получения пенообразователя «Ялан» в лабораторных условиях

В трехгорлую круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, загружают ВЖС: фракция С8-С10 - 76 г, фракция С12-С14 - 19 г. С помощью капельной воронки в течение ~40 мин. при постоянном перемешивании и температуре 30-35 оС прикапывают 42 мл хлорсульфоновой кислоты. Полученный сульфоэфир в течение 10-15 мин нейтрализуют раствором триэтаноламина, приготовленным из 100 г триэтаноламина и 460 г воды. Для получения готового товарного продукта 60 г образовавшейся в результате нейтрализации три-этаноламиновой соли алкисульфатов разбавляют 940 мл воды.

Кратность, устойчивость и время разрушения пены, получаемой из пенообразователя «Ялан», определяют на стандартной установке по ГОСТ Р 50588-93 [2]. Кратность пен у всех образцов не ниже 100 единиц.

Результаты и их обсуждение

Рассмотрено влияние соотношения фракций спиртов С8-С10 и С12-С14 в исходном сырье на устойчивость пены (рис. 1)

Соотношение фракций спиртов С8-С10 и С12-С14

Рис. 1. Влияние соотношения фракций спиртов С8-С10 и С12-С14 в исходном сырье на устойчивость пены (температура 20 °С, массовая доля основного вещества в растворе 6%).

Из данных, представленных на рис. 1 следует, что при изменении соотношения фракций спиртов С8-С10 и С12-С14 в сторону увеличения доли ВЖС С12-С14 наиболее высокие показатели по устойчивости пены проявляют при соотношении 50/50. Это можно объяснить тем, что пенообразующая способность растворов первичных алкилсульфатов возрастает с увеличением длины углеводородного радикала, достигая максимального значения для додецил-сульфата [3]. У более высокомолекулярных гомоло-

гов пенообразующая способность снижается из-за уменьшения их растворимости в воде.

При уменьшении концентрации основного вещества в пенообразующем растворе вплоть до 0.4 мас.% устойчивость пены падает для соотношений фракций спиртов С8-С10 и С12-С14 в исходном сырье 20/80, 30/70, 40/60, а при соотношении 50/50 наблюдается ярко выраженная экстремальная зависимость в области концентраций основного вещества 1.2-1.4 мас.% (рис. 2).

Массовая доля основного вещества, %

Рис. 2. Зависимость устойчивости пены при разных соотношениях фракций спиртов С8-С10 и С12-С14 в исходном сырье от массовой доли основного вещества в рабочем растворе (температура 20 °С).

При введении в состав пенообразователя стабилизирующих добавок карбамида экстремум смещается в сторону еще более малых концентраций (рис. 3).

Массовая доля основного вещества в рабочем растворе, %

Рис. 3. Зависимость устойчивости пены при соотношении фракций спиртов С8-С10 и С12-С14 в исходном сырье 50/50 без добавок (1) и с добавками 7.17 мас.% карбамида (2) от массовой доли основного вещества в рабочем растворе (температура 20 °С).

Таким образом, исследование влияния соотношения компонентов в исходном сырье при производстве пенообразователей на основе солей высших алкилсульфатов показало, что наиболее высокие показатели по устойчивости пены проявляют при соотношении фракций спиртов С8-С10 и С12-С14 равном 50/50. Также установлено, что оптимальное содержание основного вещества в пенообразующем

растворе составляет 1.25 мас.% при соотношении фракций спиртов С8-С10 и С12-С14 в исходном сырье 50/50, тогда как ранее рекомендовалось разбавлять концентрат пенообразователя «Ялан» перед применением до концентрации основного вещества 3-6 мас.%. Следовательно, найдены пути снижения цены товарного продукта без ухудшения качественных характеристик пенообразователя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шароварников А. Ф. Молчанов В. П. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. М., 2002. 340 с.

2. ГОСТ Р 50588-93. Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний. М.: Издательство стандартов, 1993 г.

3. Инструкция. Порядок применения пенообразователей для тушения пожаров. М.: ВНИИПО МВД России, 1996 г.

Поступила в редакцию 13.03.2009 г.