Способ получения гранулированного тригидрата ацетата натрия

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к получению гранулированного тригидрата ацетата натрия, который может использоваться как в виде индивидуального продукта, так и входить в состав антигололедных композиций (средств), используемых для таяния снега и/или льда и для предотвращения скользкости дорожного покрытия.

Выявлено достаточно много антигололедных композиций, в которых используется тригидрат ацетата натрия, например, патенты России: RU 2017785 (приоритет DE), RU 2127293, 2141500, RU 2178035, RU 2283335, RU 2293157, RU 2470978, RU 2637337 (приоритет GB); патенты США (US): US 4247331, US 4388203, US 4425251, US 4448702, US 4668416, US4728393, US 4855071, US 5064551, US5219483, US 5387358, US 5461100, US 6080330, US 5843330, US 6861009, патенты Германии: DE 3038152, DE 4122963, KR 977739, 2010.

Потребность ацетата натрия растет достаточно высокими темпами, поэтому разработка способов его получения, особенно в гранулированном состоянии, является актуальной задачей.

Известен способ получения гранулированного тригидрата ацетата натрия из расплава с использованием воздушного охлаждения (Классен П.В. и др. Гранулирование. М.: Химия, 1991, с. 221), при котором расплав материала подают в каплеобразователь (диспергатор), размещаемый в верхней части башни гранулятора, из которого капли расплава свободно падают вниз, обдуваемые восходящим потоком нагнетаемого вентиляторами воздуха, и, охлаждаясь, затвердевают с образованием гранул продукта.

Известен способ получения гранулированного тригидрата ацетата натрия из высококонцентрированного (50-60%) водного раствора (расплава) ацетата натрия путем кристаллизации с одновременным выпариванием избытка воды при 60-90°С и охлаждением готового продукта на тонкопленочном роторном кристаллизаторе (UA 49620, С07С 51/42, 16.09.2002). Готовый тригидрат выделяется в виде чешуйчатых кристаллов по форме гранул размерами около 2 мм.

Недостатком указанных аналогов является достаточно низкая сыпучесть, повышенная гигроскопичность гранул ацетата натрия, что снижает время его хранения.

В описании патента СА 2099483, С09K 3/18, 03.01.1994, приоритет Германии DE 4221661 представлен способ получения гранулированного ацетата натрия, который включает смешивание стехиометрического соотношения исходных реагентов: уксусной кислоты концентрации от 90 до 99,9 мас. % и водного раствора концентрации 30-50 мас. % гидроксида натрия (натрийсодержащего компонента), проведение процесса при температуре 40-90°С, добавление воды до достижения рН раствора 7-11 и получения расплава ацетата натрия концентрации 40-60 мас. %, охлаждение расплава, сушку, кристаллизацию и грануляцию полученного ацетата натрия в распылительном грануляторе с получением порошка ацетата натрия в виде гранул, имеющих гладкую (без пор) поверхность, диаметром от 0,3 до 10 мм

Недостатками известного способа являются большой разброс размеров образующихся гранул, т.е. неоднородность гранулометрического состава, низкий выход гранул заданного определенного диаметра, который не превышает 80%, что понижает слеживаемость продукта при хранении и сыпучесть гранул, которая не более 5,5 г/с.

Указанное техническое решение по совокупности общих существенных признаков является наиболее близким к заявляемому способу получения гранулированного тригидрата ацетата натрия.

Технической задачей является усовершенствование способа получения тригидрата ацетата натрия, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками.

Техническим результатом является снижение слеживаемости тригидрата ацетата натрия, повышение сыпучести, повышение однородности гранулометрического состава при упрощении способа его получения.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения гранулированного тригидрата ацетата натрия включает смешивание в реакторе при стехиометрическом соотношении исходных реагентов: уксусной кислоты и натрийсодержащего компонента, проведение процесса при температуре 70-90°С, добавление воды до достижения рН раствора 7-9 до получения расплава ацетата натрия концентрации 50-65 мас. % и ингибитор коррозии, например - бензоат натрия в количестве не более 1,0 мас. %, после чего в расплав вводят ретур в количестве не более 20% от массы реагентов и направляют его в гранулятор - кристаллизатор, дальнейшее охлаждение проводят естественным путем до получения гранул тригидрата ацетата натрия с основным размером 3-4 мм и сыпучести 7,8-10 г/с, при этом используют раствор уксусной кислоты 70-100% концентрации, а в качестве натрийсодержащего компонента используют гидрокарбонат натрия, карбонат натрия, гидроксид натрия или их смеси в виде водного раствора или в твердом состоянии.

При этом для получения тригидрата ацетата натрия используют раствор уксусной кислоты 70-100% концентрации, а в качестве натрийсодержащего компонента используют карбонат натрия, гидрокарбонат натрия, гидроксид натрия или их смесь в виде водного раствора или в твердом состоянии.

Ретур представляет собой отходы производства в виде разбавленного раствора (рециклированный раствор) после выделения основной части тригидрата натрия из расплава, и содержащий ацетат натрия в виде раствора или мелких кристаллов, а также неконтролируемые примеси.

Оказалось неожиданным эффектом свойство ретура способствовать повышению скорости роста кристаллов и грануляции тригидрата натрия при сокращении времени процесса на 50-70%.

Кроме того, ретур - это по существу рециклированный продукт, т.е. продукт, который возвращают в процесс после выделения основной части ацетата натрия из расплава, он не поступает на утилизацию, а направляется в оборот, что делает процесс безотходным и замкнутым.

Полученный ацетат натрия, содержащий кристаллизационную воду, представляет собой сыпучий порошок в виде гранул с глянцевым блеском, с размерами гранул не более 5 мм, при этом основная фракция 3-4 мм составляет 80-90%, (для прототипа не более 60%). Гранулы имеют высокую прочность, высокую сыпучесть до 10 г/с, не пылят при ворошении, гранулированный тригидрат ацетата натрия (ГТАН) может быть использован как в твердом виде, так и в виде раствора.

Бензоат натрия в качестве ингибитора обладает улучшенными характеристиками по отношению к корродированию металлов и образованию трещин в результате выделения водорода. Однако могут быть использованы и другие известные ингибиторы.

Сыпучесть полученного порошка ГТАН оценивали по скорости высыпания порошка с помощью виброворонки серийного прибора ВП-12А с диаметром выпускного отверстия 12 мм. Частота и амплитуда вибрации виброворонки составляет 50 Гц и 0,08 мм соответственно. Для полученного порошка ГТАН сыпучесть находится в интервале хорошая - отличная и составляет 7,8-10 г/с.

Для сведения сыпучесть порошков характеризуется как отличная - 8,6-12 г/с, хорошая - 6,6-8,5 г/с, удовлетворительная - 3-6,5 г/с, допустимая - 2-3 г/с, плохая - 1-2 г/с и очень плохая - 0,3-1 г/с.

Как показали полученные данные: расход ГТАН для удаления наледи и снега составляет 8-10 кг на 1000 м² в пересчете на безводный ацетат натрия.

В основу способа получения ГТАН положены реакции 1-3 или их сочетание:

{2Н₂O*} это добавленная вода для образования тригидрата ацетата натрия сверх стехиометрии по реакциям 1-3.

Сущность способа заключается в следующем.

В реактор емкостью 10м³ с мешалкой, приборами контроля рН, плотности и температуры загружают раствор уксусной кислоты концентрации 70-100%, добавляют карбонат натрия или гидрокарбонат натрия, гидроксид натрия или их комбинации, взятые в стехиометрическом соотношении (реакции 1-3) в виде водного раствора, в случае 100% концентрации уксусной кислоты или в виде порошка при использовании уксусной кислоты 70%, процесс проводят при температуре от 70 до 90°С, при этом происходит реакция взаимодействия реагентов в соответствии с реакцией 1-3. Время реакции на этой стадии составляет около 30 минут. Для получения расплава концентрации ацетата натрия 50-65 мас. % в исходную смесь реагентов в реактор добавляют воду {2Н₂O*} сверх стехиометрии по реакциям 1-3, до достижения рН расплава от 7 до 9 и ингибитор коррозии, например - бензоат натрия в количестве не более 1,0 мас. %), после чего расплав направляют в гранулятор - кристаллизатор, куда вводят ретур в количестве не более 20% от массы реагентов, а дальнейшее охлаждение проводят естественным путем до получения гранул тригидрата ацетата натрия с основным размером 3-4 мм и сыпучести 7,8-10 г/с.

Выход тригидрата ацетата натрия относительно натрийсодержащего компонента составляет 98,00%), содержание основного продукта 99,50 мас. %.

При использовании реагентов в соответствии с реакцией 2 процесс получения тригидрата ацетата натрия происходит более интенсивно за 20 минут, сыпучесть целевого продукта более высокая 10 г/с. Выход 98,5%, содержание основного продукта 99,70 мас. %.

Полученный тригидрат ацетата натрия фасуют в тару и направляют на хранения или потребителю.

Как следует из описания способа-прототипа, в известном способе получаются гранулы со средним диаметром от 0,3 до 10 мм, а в заявляемом способе основной диаметр гранул составляет 3-4 мм, то есть заявляемым способом достигается сужение грансостава продукта и получается более монодисперсный продукт. Подтверждением достигнутого технического эффекта является показатель выхода товарной продукции, который максимально достигает 98,5%, а в способе-прототипе не более 65%. Кроме того, при осуществлении процесса получения гранулированного тригидрата ацетата натрия заявляемым способом по сравнению с прототипом снижается время процесса на 30-40%.

Производство гранулированного тригидрата ацетата натрия безотходное за счет использования ретура, в процессе не образуются токсичные соединения, загрязняющие атмосферу и сточные воды.