Выделение примесей из суспензий органических полупродуктов красителей методом кристаллизации Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Таблица 1.

Кинетические параметры процесса адсорбции' формальлепиа на актнвнровашюм монтмориллоните в стационарных условиях

г. мин а. мг/г . л г cm-c'

2 13.5 5.77-10'1 0.75 4.3-10‘10

5 15.0 6.58-10J 0.83 5.0-lO’10

10 16.4 7.37-10 J 0.91 5.7-10'10

20 17.4 8.09-10 і 0.98 6.2-10 10

40 18.0 8.33-103 0.99 6.3-10 10

60 18.1 8.39-101 1.00 6.3-10 10

где г0 - радиус частоты адсороета: - коэффициент

распределения сорбируемого вещества, (л/г); 6 - толщина пленки жидкости, граничащей с чаепщей адсорбента.

В работе рассматривалось влияш!е перемешивания СВ на адсорбционный процесс Величина а возрастает пропорционально увеличению числа оборотов с 6 ло 20 об/мин. При перемешивании со скоростью 50 об/мин кривая в координатах а-г имеет максимум при I = 5 минут, что. по-видимому, объясняется процессом десорбции та счет образовать турбулентного движения раствора.

Анализ изотерм адсорбции показал максимальное поглощение формальлепиа на монтмориллоните * « 48 мг/г, на палыгорските атах * 63 мг/л. а для клиноп-тлолита ат4Х « 34 мг/г.

Характер кривой в координатах а-Г соотеетств\ет Ленгмюровской зависимости, форма кривой свидетельствует о монослойном характере адсорбции.

Для исследуемых минералов определена доля необратимой сорбции у, равная отношению , где ан - величина адсорбции, рассчитанная по количеству <{юрматъ-дегида, оставшегося на сорбенте после процесса десорбции. Установлено, что наиболее полно осуществляется десорбщш формальдегида с поверхности клиноптилолига (у = 0,36). На монтмориллоните процесс десорбции про-хо.вгт гораздо труднее (у = 0,80). Самая большая доля не-обратимой адсорбшо« - на палыгорскшегу - 1).

Таблица 2.

Величина изменения стандартной мольной свободной энергии (AF0) и -'нтальпии ДЯ процесса сорбции на исследуемых минералах

Термодинамические параметры Пхтыгорскит Монтмориллонит Кзиноптилолит

-ЛР°. кДж моль 2J L2 и

6.1 4.4 4.9

-Ж кДж. г 0.-4Х 0.05 0.01

21.0 4.40 0.70

В числителе приведены значения термодинамических величин для природного адсорбента, в знаменателе - для активированного.

Можно предположить возможность изменения механизма сорбции в ряду минералов клиноптило-лит—»монтмориллонит—шалыгорскит. что подтверждается анализом ПК-спектров полученных систем.

Этот вывод согласуется с найденными для исследуемых адсорбентов термодинамическими параметрами ДЯ и AF (таблица 2). Величина энтальпии Л// определена микрокалориметрическим методом, величина свободной энергии Л/-' рассчитана по '.равнению:

-JF = /?71П Яраспр .

где ^"рзегтр — (^•ч’ды — -5.5 моль/л), ~ naime-

на из уравнения Ленгмюра.

Таким образом, на основании полученных даши>1Х определены кинетические и термодинамические параметры адсорбции формальдегида на глинистых мине-ралах различной структуры. Анализ рассчитанных величин атхх, /Сраспр , A'je. D„. ^позволяет сделать оценку исследуемых минералов и выделить наиболее эффек-тлшиый адсорбе1ГТ формальдегида - микропористый минерал иалыгорскит, имеющий волокнообра яюе строение, обладающий большой поверхностью и объемом меэо-пор и имеющий наибольшее количество активных цетров.

УДК 66.067.55 .57.

ВЫДЕЛЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ ИЗ СУСПЕНЗИЙ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛУПРОДУКТОВ КРАСИТЕЛЕЙ МЕТОДОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

© С.В. Каретников. П.А. Фефелов, А.Н. Клепиков. А.И. Леонтьева

Тамбов. Тамбовский . ослоарственный технический университет

Применение органических красителей относится к числу самых древних, изначальных областей человеческой деятельности. а их промышленное производство - к числу старейших отраслей промышленности тонкого органического синтеза.

В анилинокрасочной промышленности в качестве исходного сырья испальзулот химические продукты, участвующие в промежуточных синтезах, но не входящие в

струлстхру конечных химикатов К ним относятся органические кислоты, спирты и др.

Гамма-кислота является таким продуктом и применяется для получения азокрасителей, используемых для крашения хлопчатобумажных, шерстяных и шелковых ткане»! а также для получения <|>енил-гамма-кислоты.

Одним из основных факторов, снижающих качество гамма-кислоты, является наличие примесей в виде

■

сульфатов калия и натрия (1). Увеличить концентрацию гамма-кислоты можно организовав очистку-, например, репульпацией пасты гамма-кислоты посте стадии фильтрования [2]. Эго позволяет уменьшить содержание сульфатов калия и натрия и снизить показатель растворимости целевого вещества по сравнению с промывкой на фильтре с 7 % до 4 %. Однако удаление примесей репульпацией сопровождается образованием большого количества отработанных промывных вод.

В качестве альтернативы предлагается новый способ очистки органических полупродуктов (гамма-кислоты) от водорастворимых примесей кристаллизацией с использованием осадительной центрифуги (3.4).

Для экспериментального исследования этого метода удаления сульфатов калия и натрия использовалась суспензия, содержащая целевой продутсг (гамма-кислота) в кристаллическом виде и примеси (сульфаты натрия и калия) в растворенном виде. Эксперименты проводились с использованием лабораторной осадительной центрифуги (\VIROWKA \VE-21 с фактором разделения 1100.

В ходе работы было обнаружено, что за счет предварительного охлаждения раствора образуется большое количество зародышей кристаллов сульфатов натрия и калия и при температуре 15 ч- 20 С наступает равновесное состояние.

При более низкой температуре паста содержит как кристаллы кислоты, так кристаллы сульфатов, что значительно затрудняет их последующее удаление.

Для обеспечения четкого отделения целевого продукта от кристаллов сульфатов натрия и калия исходная суспензия при температуре 70° С подавалась во вращающийся ротор центрифуги. После осаждения частиц гамма-кислоты раствор охлаждался до температуры 15 -г 20° С. что приводило к активизации процессов зарождешы кристаллов сульфатов натрия и калия, их роста и выделе«шя [3|.

По окончании процесса осаждения производится послойная разгрузка центрифуги. Футат - чистый растворитель (воду) можно использовать в производстве.

Анализ полученных результатов по выделению гамма-кислоты позволяет сделать вывод, что применение центрифуг обеспечивает снижение содержания водорастворимых примесей на 30 + 40 % при десятикратном сокращении промывной воды. Кроме того, длительность процесса уменьшается в 3 + 4 раза и появляется возможность организации экологически безопасного производства с замкнутым циклом по воде.

Разработка аппаратурного оформления совмещенного процесса кристаллизации и выделения твердой фазы в поле центробежных сил и расчет технологических параметров с использованием математической модели [5. 6| требуют дополнительной информации о кинетике процесса кристаллизации, теплофизических свойствах перерабатываемой среды, гранулометрическом составе образовавшихся кристаллов сульфатов и целевого проду кта гамма-кислоты и т д.

При разделении промышленных суспензий осаждение. как правило, не свободное [8|. Учесть влияние концентрации твердой фазы на скорость осаждеюы можно, определив вязкость суспензии

Вязкость суспензии гамма-кислоты определялась в зависимости от рабочей температуры и концентрации целевого продукта; получено, что вязкость суспензии гамма-кислоты при заданной температуре и концентрации может быть определена по зависимости:

ц = ((1.5573 - 0,0104г - 1,67612-10'5г Х0.92 + 0,049с)]-10'3.

Для изучения формы и дисперсного состава частиц гамма-кислоты были использованы микроскоп МББ-1А с максимальной кратностью увеличения 2200 и камера Горяева. Обнаружено, что ою1 имеют игольчатую структуру со средним диаметром 0,8 т 1,1 мкм и длиной 9 -г 12 мкм.

При кристаллизации из растворов, имеющих сложный состав, необходимо определить влияние каждой составляющей на процесс зарождешы и роста кристаллогидратов Дтя определения влияния органических примесей на форму и размер кристаллов получали сульфаты калия и натрия из растворов двух видов: полученные растворением опредетенных количеств кристаллизуемого вещества в дистиллированной воде и фильтрате суспензии гамма-кислоты. При кристаллизации сульфатов из фильтрата размер получаемых кристаллов в среднем в 4 5 раз превышает размер кри-

сталлов из водного рас твора.

Результаты экс периме! палы юго исследования кинетики процесса выделения твердой фазы из суспензии и кристаллизации примесей (сульфатов калия и натрия) были использованы для расчета технологических параметров работы промышленной центрифути-кристал-лизатора марки ОГ12506Н в производстве гамма-кислоты АО «Пигмент»

ЛИТЕРАТУРА

! Леонтьева А.И.. Утрооин Н.П.. Фефелов П.А.. Брннкин К.З.. Ле-

онтьев Е.А. Методы повышения качественных по к ai .целей полупродуктов органических красителей Проблемы химии и чимиче-ской технологии Тезисы до к л 3-й региональной научи -гехн к'онф Воронеж. 1995 С 90

2 Леонтьева А.И.. Утрооин Н.П.. Фефелов П.А.. Бряннин К.З.. Леонтьев Е~Л. К вопросу о повышении качественных показателей полупродуктов органических красителей Тезисы докл 2-й изучи -техн конф П 'ТУ Тамбов. 1995 С 112

3 Леонтьева A.II.. Утрооин Н.П.. Фефелов П.А.. Брянкин ИЗ.. Чупрунов СМ. Выделение водорастворимых примесей in суспензий полупродуктов органических крас1ггелей Вести 1! IV. !V9t> Т 2 \*4 С 408-413

4 Пат Россия -«Способ выделения пигмента из водной суспензии» А. И Леонтьева. Н П. Утробии. П А. Фефелов. В П Таров. КВ Брянкин. Е А Леонтьев Ns 96113246-25

5 Леонтьева A.Ü.. Утрооин Н.П.. Фефелов П.А.. Брянкин К.З.. Чупрунов С.Ю. Математическое моделирование процесса крист аллигации водорастворимых примесей из суспензий полупродуктов органических красителей в поле центробежных сил < Вести ТГУ. 1997 Т 2 С 21U-2I5

Фефелов П-A.. Леонтьева A.II.. Армчасчев A.A., Утрооин Н и. Удаление водорастворимых примесей из полупродуктов органических красителей кристаллизацией в поле центробежных сил Труды молодых ученых и студентов П ТУ Тамбов. 1997 Зып ! С 35-» 1

Кафаров 3.3. Методы кибернетики в -лмии и химической технологии М Химия. 1976 464 с * Шкоропао ZE. Центрифуги длл чимичеекш прои i вод ста М Машиностроение. 1975 248 с