ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРКАРБОНАТА НАТРИЯ МЕТОДОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

АННОТАЦИЯ

Синтез пероксидных соединений, являющихся твердыми переносчиками пероксида водорода и содержащих активный кислород, имеет важное значение в химической промышленности. Среди чистящих и отбеливающих средств наиболее известным является получение перкарбоната натрия, в процессе которого, помимо карбоната натрия, воды и пероксида водорода, значительную роль играют также стабилизирующие вещества. В статье проанализирован метод синтеза и кристаллизации перкарбоната натрия, содержащего высокоактивный кислород, с использованием новых стабилизирующих реагентов. Синтез химических веществ требует проведения ряда экспериментов для определения соотношения реагентов, температуры и времени реакции, чтобы получить отбеливающее и моющее средство с высоким содержанием активного кислорода. В данной статье мы представляем схему технологического процесса синтеза перкарбоната натрия с высоким содержанием активного кислорода методом кристаллизации (мокрым способом) используя новые стабилизирующие реагенты.

ABSTRACT

The synthesis of peroxide compounds, which are solid carriers of hydrogen peroxide and contain active oxygen, is important in the chemical industry. Among cleaning and bleaching agents, the most famous is the production of sodium percarbonate, in the process of which, in addition to sodium carbonate, water and hydrogen peroxide, stabilizing substances - sodium hydrogen phosphate, polyacrylate and sodium silicate solutions also play a significant role. The article analyzes the method of synthesis and crystallization of sodium percarbonate containing highly active oxygen using new stabilizing reagents. Synthesis of chemicals requires a series of experiments to determine the ratio of reactants, temperature and reaction time to produce a bleach and detergent with a high content of active oxygen. In this article we present a flow chart for the synthesis of sodium percarbonate with a high content of active oxygen by crystallization (wet method).

Ключевые слова: перкарбонат натрия, пероксид водорода, стабилизатор, продукты окисления отработанных ДЭА, МДЭА, кальций олеат.

Keywords: sodium percarbonate, hydrogen peroxide, stabilizer, sodium hydrogen phosphate, polyacrylate and sodium silicate, tank with cylindrical stirrer.

ВВЕДЕНИЕ

Соединения, содержащие пероксид водорода и имеющие промышленное значение, включают перкарбонат натрия (пероксигидрат карбоната натрия). Существуют различные методы синтеза перкарбоната натрия, включая метод кристаллизации, метод распыления и сухой процесс. В качестве отбеливающей добавки перкарбонат натрия в основном используется для удаления пятен, а также в производстве продуктов на основе кислорода и средств для стирки и мытья посуды. Основными производителями этого вещества являются Solvay (Великобритания, Германия, Италия), OCI (США, Корея), Mitsubishi (Япония), Kemira (Швеция), FMC (Испания), ОАО (Россия), Jinke (Китай) и Aktivsauerstoff Gesellschaft (Австрия).

Согласно литературным данным, производство перкарбоната натрия методом кристаллизации обычно осуществляется путем периодической или непрерывной кристаллизации из водных растворов. В процессе кристаллизации концентрированный и фильтрованный раствор карбоната натрия (при температуре 10-20°С) смешивается с концентрированным водным раствором пероксида водорода и стабилизируется солями магния, металлическими силикатами. В результате этих процессов получается продукт перкарбоната натрия с термической стабильностью.

В литературе о патентах описаны несколько процессов распыления для производства перкарбоната натрия. Эти процессы исключают необходимость фильтрации и центрифугирования кристаллического продукта, тем самым уменьшая количество отходов в процессе производства. В исходном процессе, описанном Laporte, водный раствор или суспензия карбоната натрия и пероксида водорода полностью испаряются в распылительной сушилке. Получаемый продукт имеет очень низкую плотность (примерно 0,25 кг/л). В последующих модификациях и оптимизациях процесса, как описывает Solvay, растворы Na₂CO₃ и H₂O₂ постоянно распыляются отдельно в слой распыленного перкарбоната натрия с горячим воздухом. Для обеспечения длительного хранения перкарбоната натрия очень важно добавление в растворы ингибиторов кристаллизации, таких как гексаметафосфат натрия [1, c. 146-147].

При сухом методе ангидрид или гидратированный карбонат натрия (75-90% масс. Na₂CO₃) обрабатывается концентрированным раствором пероксида водорода (50-80% масс.), что требует удаления только небольшого количества воды. Это можно выполнить в смесителе или в реакторе с жидким слоем с газообразным пероксидом водорода. Помимо длительного времени реакции, недостатками этих сухих процессов является то, что карбонат натрия не очищается и, следовательно, продукты перкарбоната натрия имеют только средние характеристики хранения. Однако эту проблему можно решить перекристаллизацией карбоната натрия перед использованием с помощью моногидрата карбоната натрия. FMC описывает использование фосфоновых кислот в качестве дополнительных стабилизаторов при синтезе пероксигидрата карбоната натрия, что приводит к получению продукта с содержанием активного кислорода 11-14% и улучшенной стабильностью.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Синтез гранулированного перкарбоната натрия с содержанием активного кислорода более 14,5% в растворе был выполнен на оборудовании, оснащенным реактором для синтеза, термостатом, термометром, и системой охлаждения, подключенной к вакуумному насосу. В качестве сырья использовались кальцинированная сода, произведенная "Кунградским содовым заводом" и 60% водный раствор пероксида водорода. Для получения насыщенного раствора карбоната натрия раствор нагревали до 20 градусов Цельсия и затем медленно охлаждали до 12 градусов, что позволило увеличить выход продукта. Технологическая схема процесса представлена на рисунке 1.

Na₂CO₃+H₂O→Na₂CO₃∙H₂O

Na₂CO₃∙H₂O+1,5H₂O₂→ Na₂CO₃∙1,5 H₂O₂

В процессе использовался резервуар с цилиндрической мешалкой, к которому подключены: линия 1 для добавления карбоната натрия, линия 3 для различных рабочих растворов, линия 4 для возврата основного материнского раствора в цикл через насос, линия 5 для вывода дополнительного материнского раствора с карбонатом натрия в насос, а линия 5 обеспечивает охлаждение в цилиндрическом резервуаре с мешалкой 6, который также снабжается раствором пероксида водорода по линии 7 и карбонатом натрия по линии 8. Резервуар 6 соединен с клапаном на линии 9, который ведет реакционную систему в центрифугу 10. Центрифуга 10 имеет линию 11 для вывода фильтрата и подключена к сушилке через линию 12, а линия 13 ведет к охладительному баку 14, где находится линия 15 для вывода избыточного раствора, а также линии, соединяющие с насосом для возврата раствора в цикл через линию 4.

Рисунок 1. Технологическая схема производства перкарбоната натрия методом кристаллизации

При эксплуатации установки микрочастицы карбоната натрия постоянно подаются в резервуар 1 через линию 2 со скоростью 10 кг/час. Через линию 3 постоянно подаются: 10% раствор гидрофосфата натрия со скоростью 1,09 кг/час, 30% раствор продуктов окисления отработанного растовра диэтаноламина со скоростью 35 г/час, 17,5% раствор силиката натрия (силикатный модуль 2) со скоростью 0,5 л/час. В резервуаре 1 температура поддерживается на уровне 25°C. В реакционный сосуд 6 с температурой 17°C через линию 5 постоянно подается раствор со скоростью 100 л/час, содержащий 230 г/кг карбоната натрия и 28 г/кг концентрированного пероксида водорода. В реакционный сосуд 6 через линию 7 с скоростью 13 л/час подается 60% раствор пероксида водорода, содержащий 1,55 г/л продукт окисления отработанного раствора диэтаноламина, и через линию 8 вторичная загрузка карбоната натрия производится со скоростью 7 кг/час. В реакционном сосуде 6 реагенты взаимодействуют, образуя перкарбонат натрия, который превращается в суспензию микрочастиц перкарбоната [2]. Полученная суспензия через выходную линию 9 направляется в центрифугу 10 и затем со скоростью 23 кг/час через линию 11 в сушилку 12, а фильтрат - через линию 13 в охладительный бак 14 со скоростью 102 л/час.

Для поддержания массового баланса избыток материнского раствора выводится через линию 15, и в охладительном баке 14 температура поддерживается на уровне 12°C. Основной материнский раствор, содержащий 150 г/литр карбоната натрия и 50 г/литр пероксида водорода, возвращается через линию 4 в резервуар для приготовления раствора 1 для повторного использования в цикле.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При синтезе различных твердых источников, содержащих активный кислород, с целью увеличения срока хранения готового продукта используются различные стабилизирующие реагенты.

В нефтегазоперерабатывающей промышленности для удаления кислотных веществ применяют водные растворы таких реагентов, как диэтаноламин и метилдиэтаноламин. В статье рассмотрен синтез стабилизирующей смеси на основе раствора ДЭА, которая применяется при извлечении кислых газов из состава регенеративных газов в Шуртанском нефтегазодобывающем управлении одного из газоперерабатывающих предприятий г. в нашей республике осуществлялось и использовалось в производстве перкарбоната натрия. Ниже приведено уравнение реакции процесса окисления.

NH(C₂H₄OH)₂ + [O] = NH(CH₂COOH)₂

Органические кислоты, полученные в процессе окисления, являются хелатирующими агентами за счет карбоксильных и аминных групп и предотвращают активацию продукта, ингибируя соединения тяжелых металлов, содержащиеся в различных добавках, смешиваемых с сырьем при синтезе перкарбоната натрия.

Получен и проанализирован ИК-спектр продуктов окисления оборотного раствора ДЭА.

Рисунок 2. ИК-спектрограмма продуктов окисления обработанных растворов ДЭА

Как видно из спектрограммы, молекула продукта содержит вторичную аминную функциональную группу при 1557,6236 см-1, группу S=O при 1714,4641 см-1 и 1299,4903 см-1, 2951,5880 см-1, 2918,9129 см-1 и 2847,0276 см-1. -1 областей проявление функциональных групп НА в карбоксильной группе свидетельствует об образовании различных органических кислот в результате окисления [3].

Получен и проанализирован ИК-спектр перкарбоната натрия, содержащего продукты окисления обработанных растворов ДЭА.

Рисунок 3. ИК-спектрограмма перкарбоната натрия

ИК спектры записаны на спектрометре Infralum FE-801 с приставкой НПВО (фрустрированное полное внутреннее отражение). Характеристические полосы поглощения групп, соответствующих колебаниям -С(О) (1788 см^-1) и -СО (1370, 922 см^-1), соответствуют литературным данным перкарбоната натрия. Анализ спектров перкарбоната натрия показывает, что полосы 1472 и 922 см^–1, характерные для валентных колебаний –C(O)–O и –CO в молекуле перкарбоната натрия, превращаются в дублет (1580 и 1480 см^–1) и триплет (996, 857 и 580 см–1) соответствуют колебаниям -C(O)-OO-, COO- и -O- в случае перкарбоната натрия.

Так, с использованием стабилизирующего реагента, полученного на основе местного сырья, синтезирован перкарбонат натрия, содержащий высокоактивный кислород. Процесс осуществляли методом кристаллизации. Изучена и рекомендована возможность использования продукта, полученного окислением имеющихся в нашей республике переработанных растворов ДЭА и МДЭА, в качестве стабилизирующего реагента при производстве твердых высококонцентрированных источников активного кислорода.

Список литературы:

1.  Гладкова, А. И., Митрасов, Ю. Н., Кондратьева, О. В., & Винокуров, Ю. В. (2022). РЕАКЦИЯ АДДУКТА ПЕНТАХЛОРИДА ФОСФОРА И ТЕТРАГИДРОФУРАНА С ПЕРКАРБОНАТОМ НАТРИЯ. In Актуальные вопросы химической технологии и защиты окружающей среды (pp. 146-147).
2. РАХМОНОВ, О., Шукуров, Ж. С., & ТОГАШАРОВ, А. (2023). ПОЛУЧЕНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА ИЗ ОТХОДОВ ХЛОПКООЧИСТИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА. Uzbek Chemical Journal/O'Zbekiston Kimyo Jurnali, (2).
3. Островский, Д. Ю. (2022). Разработка способов переработки уран-и ртутьсодержащих отходов (Doctoral dissertation).