РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ АМИДА ЖИРНЫХ КИСЛОТ ХЛОПКОВОГО СОАПСТОКА

АННОТАЦИЯ

В статье приводится разработка технологии получения поверхностно-активного вещества (ПАВ) в виде амида жирной кислоты из кубового остатка процесса дистилляции жирных кислот хлопковых соапстоков. Приведены результаты cинтеза и исследований физико-химических свойств ПАВ.

ABSTRACT

The article presents the development of a technology for obtaining a surface-active substance (surfactant) in the form of fatty acid amide from the distillation residue of the distillation of fatty acids of cotton stocks. The results of studies of the physicochemical properties of surfactants are presented.

Ключевые слова: поверхностно-активное вещество, амид жирной кислоты, дистиллированные жирные кислоты, хлопковый соапсток, реактор, физико-химические свойства.

Keywords: surfactant, fatty acid amide, distilled fatty acids, cottonseed soap stock, reactor, physical and chemical properties. 

В настоящее время для нефтегазовой и горно-металлургической промышленности Узбекистана актуальным является разработка технологии получения поверхностно-активных веществ (ПАВ) на основе местного органического сырья. Нами проведены исследования по синтезу и разработке способа получения композиции ПАВ с использованием вторичного масложирового сырья.   Для получения поверхностно-активного вещества в виде амидов был подобран оптимальный состав композиции состоящей из дистиллированных жирных кислот хлопковых соапстоков (ДЖК ХС) и отработанного (после очистки сероводородсодержащих газов АО «Махсам-Чирчик») моноэтаноламина (МЭА).

Свободные жирные кислоты, которые находятся в составе ДЖК ХС взаимодействуют с МЭА находящемся в кубовом остатке и образуют комплексную соль жирной кислоты следующего типа:

R-СООН+NН₂(С₂Н₄ОН)→ RСООNН₂(С₂Н₄) + H₂O

В лабораторных условиях была собрана установка по получению амида жирной кислоты, подобраны оптимальные условия синтеза (соотношение компонентов, температура, давление, концентрация, время начала и окончания реакции).

При синтезе ПАВ оптимальное соотношение исходных компонентов подбирали по значениям поверхностного натяжения (табл. 1)..

 Таблица 1.

Зависимость поверхностного натяжения от соотношения ДЖК ХС и отработанного МЭА

Из таблицы 1 видно, что наиболее оптимальным соотношением при синтезе ПАВ - амида жирной кислоты (АЖК-1) является соотношение КО ДЖК: МЭА = 70:30, при котором поверхностное натяжение АЖК-1 возрастает более чем в 8 раз по сравнению с чистым МЭА.

При определении оптимального состава ПАВ установлено, что изменение свойств дисперсных систем в присутствии ПАВ обусловлено адсорбционным закреплением молекул добавки на поверхности дисперсной фазы. Оно зависит не только от молекулярного состояния добавки в растворе, определяемого гидрофобно-липофильным балансов (ГЛБ) и гидрофобными взаимодействиями углеводородной части молекулы ПАВ дисперсной среде, но и является функцией концентрации добавки, а также его физико-химических свойств. Полученные экспериментальные результаты синтеза позволяют сделать вывод о том, что с увеличением количества МЭА в составе нового ПАВ работа адсорбции уменьшается и, соответственно, уменьшается поверхностная активность ПАВ. При оптимальном соотношении исходных реагентов поверхностное натяжение раствора ПАВ увеличивается более чем в 10 раз по сравнению с чистым МЭА. Образование мицелл в растворе ПАВ начинается при концентрации 0,1 кг/м³ после достижения предельного насыщения адсорбционного слоя.

Согласно литературных данных, мицеллы ПАВ можно рассматривать как коллоидные образования, а мицеллярные растворы– термодинамически устойчивые коллоидные растворы, в которых устанавливается равновесие между адсорбционными слоями на поверхности раствора и мицеллами ПАВ в объёме раствора [1-3].

В динамическом равновесии с адсорбционными слоями находятся одиночные молекулы ПАВ, способные обмениваться местами с молекулами ПАВ и на поверхности раствора и в объёме мицелл.

Измерение таких термодинамических характеристик, как поверхностное натяжение, двухмерное давление, поверхностная активность, адсорбция и критическая концентрация мицеллообразования (ККМ), позволяют заключить, что с термодинамических позиций самопроизвольный процесс мицеллообразования связан с энтропийными изменениями вследствие нарушения «айсберговых» структур воды[4-6].

Оптимальные соотношения компонентов ПАВ подобраны на базе сравнительного анализа физико-химических параметров ПАВ который приведен в таблице 2.

Из таблицы видно, что основной параметр ПАВ АЖК (использованного как антислёживатель аммиачной селитры) “температура застывания”  измеренная по прибору Жукова, находится в пределах 45-55°С , что близко к температуре застывания его импортного аналога- препарата голландской компании NovoFlowChem Gmbx.

Таблица 2.

Физико-химические свойства  ПАВ АЖК – антислёживателя аммиачной селитры

В результате лабораторного синтеза получена композиция ПАВ, на основе ДЖК ХС и МЭА с добавками минерального масла и отвердителя, которая при нанесении путем распыления на гранулы аммиачной селитры образует тонкую, гидрофобизирующую пленку, способствующую предотвращению слеживания продукта при многомесячном хранении[7-9].

После синтеза ПАВ в лаборатории, нами была собрана опытная установка рассчитанная на производство поверхностно – активных веществ, имеющих одинаковую консистенцию и щелочность (кислотность) реакционной среды, в промышленных масштабах.

При сборке пилотной установки для опытного и промышленного производства использовали известное технологическое оборудование и руководствовались последними достижениями науки в области процессов и аппаратов химического производства.

Основными критериями при подборе оборудования явились:

а) простота и надежность;

б) малая энергоемкость;

в) выбор материала, исходя из агрессивности реакционной среды;

г) совмещение нескольких операций в одном аппарате;

д) компактность расположения – минимальный размер занимаемой площади;

е) выбор энергоносителя с большим к.п.д. при малой стоимости единицы энергоносителя (электроэнергия, газ, промышленный пар).

Технологическая линия пилотной установки состоит из основного и  вспомогательного оборудования, которое включает напорные емкости, резервуары, и насосы.

К основному технологическому оборудованию относится реактор с рубашкой, перемешивающим устройством, а также контрольно-измерительными приборами (КИП).

Важнейшими факторами, которыми руководствовались авторы при выборе основного реактора синтеза ПАВ, явились: агрегатное состояние веществ, участвующих в процессе, их химические свойства, температура, давление, энергоноситель[10-12].

При монтаже оборудования установки получения ПАВ мы руководствовались следующими основными критериями: унификация, интенсификация, повышение надежности, эргономика, укрупнение.

На смонтированную конструк­цию химического оборудования, использованного нами в технологической схеме, имеются государственные и отраслевые стандарты и нормали. Нами разработан временный технологический регламент на производство опытно-промышленных партий ПАВ АЖК, а также - технические условия.

Технологическая схема опытно промышленной установки получения ПАВ АЖК приведена на рисунке №1.

Рисунок 1. Технологическая схема получения ПАВ АЖК применяемого в виде антислёживателя аммиачной селитры:

1, 2-реактор смеситель; 3-Насос; 4- Бак для ДЖК; 5 – Бак для МЭА; 6- Бак для парафина; 7-Бак для церезина; 8-Бак для минерального масла И-40; 9- Бак для эмульгатора; 10- бак для готовой продукции; 11- 200.л. бочки с антислеживателем ЧАС

По разработанной нами технологии получения гидрофобизирующего ПАВ- антислёживателя аммиачной селитры смонтирована опытно-промышленная установка на Узбекско- Испанском предприятии АО «Маxсам-Чирчик» производительностью 5тн/час препарата. На данной установке наработано всего 37,8 тонн гидрофобизирующего ПАВ -заменителя импортного голландского препарата- антислёживателя минеральных удобрений, который прошёл успешные опытно-промышленные испытания.

Список литературы:

1. Acosta F.J., Taylor Ch.K. Mixed fluoroalkyl –alkyl surfactans // Patent 8263670. USA. 2012.
2. Svars А., Perry J., Berch J. Surface active substances. -M, 2001. -C.123-130.
3. Резников И.Г. Получение неиногенных и анионных поверхностно-активных веществ на основе оксиэтилированных вторичных спиртов // Сб. статей по производству синтетических моющих средств. Шебекино. 2003. Вып. VII. -С. 238-245.
4. Ахмедов У.К. Поверхностно-активные полиариламинокислоты и полиалкилакрилаты: синтез, свойства, применение. Автореферат диссертации д.х.н., -Ташкент, 1988. -С. 45.
5. Аминов С.Н., Ахмедов К.С. Поверхностно-активные вещества // -Ташкент. Изд-во. «Узбекистон», 1992. –С.21-33.
6. Исмаилов А.И. Поверхностно-активные вещества на основе эпихлоргидрина, азот- и кремнийсодержащих фурановых соединения // Дисс. кан.хим.наук, -Ташкент, 2011. -С. 18-28.
7. Давлатова Н.Ф. Получение мицеллярных растворов из вторичных продуктов масложирового производства // Сб.тезисов НПК «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина. –Москва, 2016. –С.87.
8. Ишбеков И.Д. (2001). Технология получения пленкообразователя из хлопкового и соевого масла. Химия природных соединений АН РУз, Ташкент, спец. выпуск,-C/ 117 - 120.
9. Negmatova K.S., Negmatov S.S., Salimsakov Y.A., Rakhimov Y.K., Negmatov J.N., Isakov S.S., Kobilov N.S., Sharifov G.N., Negmatova M.I. (2012). Structure and properties of viscous gossypol resin powder. AIP Conference Proceedings, 1459, 300 - 302. https://doi.org/10.1063/1.4738476
10. N.A. Kadirov, M.A. Eshmuhamedov, M.S Mirzarahimov, O.A Sheralieva, and J K Artikova, (2019), ``Obtain and Application of Surface-active Substance on the Base of Products Refination of Cotton Seed Oil'' in International scientific and practical conference``AgroSMART- Smart solutions for agriculture'', KnE Life Sciences, pages 937--945. DOI 10.18502/kls.v4i14.5692 Page 937
11. Gezerman A.O. (2020). A novel industrial-scale strategy to prevent degradation and caking of ammonium nitrate. Heliyon, 6, e03628. https://doi. org/10.1016/j. heliyon.2020.e03628
12. Кадыров Н.А, Махмудов О.С., Шералиева О.А., Щербакова Л.Н. (2012). Изучение коллоидно-химических свойств ПАВ на основе госсиполовой смолы. Вестник Всероссийского НИИ жиров,C 1,