Способ разделения многоатомных спиртов, например неопентилгликоля, и формиата натрия

Способ разделения многоатомных спиртов, например неопентилгликоля, и формиата натрия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области химии, а именно к способу разделения многоатомных спиртов, например неопентилгликоля, и формиата натрия.

Многоатомные спирты: 1,1,1-триметилолэтан (метриол), 1,1,1-триметилолпропан (этриол), 2,2-диметилолпропан (неопентилгликоль) и др. - находят широкое промышленное использование в производстве высококачественных синтетических масел, алкидных и эпоксидных смол, лаков, пластмасс, пластификаторов, поверхностно-активных веществ и других ценных продуктов.

Синтез неопентилгликоля протекает по реакции альдольной конденсации изомасляного альдегида с формальдегидом. Процесс идет достаточно быстро и не требует сложного технологического оформления. Основной проблемой при синтезе является выделение неопентилгликоля из реакционной смеси. В промышленности известно несколько способов извлечения неопентилгликоля из продуктов синтеза: удаление формиата натрия на ионообменных смолах; возгонка неопентилгликоля; азеотропная отгонка воды алифатическими, циклоалифатическими или ароматическими углеводородами с последующей экстракцией неопентилгликоля водой из безводного сиропа; экстракция неопентилгликоля растворителями на противоточной колонне. Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки (см. Рудковский Д.М., Кецлах М.М., Эппель Ф.А. Многоатомные спирты. Л.: Химия, 1972, с.122-138).

Известен способ разделения многоатомных спиртов, например неопентилгликоля или этриола, и формиата натрия или кальция, включающий добавление к смеси разделяемых веществ органического растворителя, в котором многоатомный спирт растворяется, кристаллизацию формиата натрия или кальция, отделение формиата натрия или кальция от раствора многоатомного спирта в органическом растворителе, например, фильтрованием, рециркуляцию органического растворителя, охлаждение раствора и кристаллизацию многоатомного спирта, причем в качестве органического растворителя используют растворитель ароматического ряда, например толуол, при этом после добавления к смеси разделяемых веществ органического растворителя полученную смесь нагревают до температуры кипения и производят при этой температуре одновременно: обезвоживание смеси отгонкой воды с рециркуляцией отделенного от воды органического растворителя, кристаллизацию нерастворенного в органическом растворителе формиата натрия или кальция и растворение в органическом растворителе многоатомного спирта. Способ позволяет увеличить выход хорошо очищенных целевых продуктов (см. пат. РФ №2230729, опубл. 20.06.2004, МПК С07С 31/20). Данный способ взят за прототип для предлагаемого технического решения.

Недостатками способа прототипа является многостадийность процесса, использование большого объема растворителя и нагрев его до высокой температуры.

Задачей создания изобретения является разработка способа разделения многоатомных спиртов, например неопентилгликоля, и формиата натрия в одном цикле, снижение количества используемого органического растворителя, исключение высокотемпературной стадии экстракции при сохранении выхода чистых целевых продуктов.

Технический результат - упрощение процесса, проведение его в более мягких условиях.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных во 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ разделения многоатомных спиртов, например неопентилгликоля, и формиата натрия с использованием органического растворителя, кристаллизацию веществ и отделение их от раствора, и отличительных, существенных признаков, таких как, реакционную смесь упаривают до образования двух жидких слоев, которые разделяют на легкую фазу - вода-многоатомный спирт и тяжелую фазу - водно-солевую, отделенную водно-солевую часть раствора охлаждают до кристаллизации содержащегося в нем формиата натрия в виде кристаллогидрата, отделяют кристаллы формиата натрия, а оставшийся раствор - маточник возвращают в голову процесса на стадию упаривания, а затем отделенную легкую фазу вода-многоатомный спирт дополнительно упаривают до кристаллизации 70% содержащейся в ней формиата натрия, затем охлаждают до 25-30°С и подвергают обработке органическим растворителем из ряда одноатомных предельных спиртов, например метанолом, для удаления оставшихся примесей, выпавший осадок отделяют от раствора, например фильтрацией, а из оставшегося маточного раствора кристаллизуют многоатомный спирт.

Согласно пункту 2 формулы изобретения кристаллизацию многоатомного спирта, например неопентилгликоля, производят упариванием (удалением) оставшегося водного раствора одноатомного предельного спирта, например метанола.

Вышеперечисленная совокупность признаков как известных, так и новых позволяет осуществить процесс разделения веществ, охарактеризованный в пунктах 1-2 формулы изобретения, получить разделяемые вещества достаточно высокой степени чистоты в одном цикле, снизить количество используемого органического растворителя, исключить высокотемпературную стадию экстракции при сохранении выхода чистых целевых продуктов.

Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения (для способа) критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Для определения температурно-концентрационных условий процесса дробной кристаллизации неопентилгликоля и формиата натрия изучена растворимость в поликомпонентных водно-органических системах, содержащих неопентилгликоль, формиат натрия, метанол и воду (фиг.1, 2).

Ниже приведен пример осуществления изобретения.

Пример.

Проводят синтез многоатомного спирта - неопентилгликоля известным способом, путем взаимодействия изомасляного альдегида с формальдегидом в присутствии едкого натра с последующей нейтрализацией реакционной смеси муравьиной кислотой. Полученный синтезат упаривают на две трети объема до разделения раствора на два слоя и разделяют на две части: легкую фазу - водно-гликолевую и тяжелую фазу - водно-солевую и обрабатывают далее каждую часть отдельно.

Обработка водно-гликолевой части. Водно-гликолевую часть упаренного синтезата, содержащего 79,4% неопентилгликоля, 5,4% формиата натрия, 3,0% примесей (С₁₂...) и 12,2% воды, после разделения слоев дополнительно упаривают до кристаллизации 70% содержащегося в нем формиата натрия (фиг.1, 2). Далее на каждые 100 массовых частей упаренной и охлажденной до 30°С водно-гликолевой части берут 1,7 массовых частей метанола, отделяют кристаллический формиат натрия от раствора неопентилгликоля в водном растворе метанола, например, фильтрованием при температуре около 30°С.

Из водно-метанольного раствора неопентилгликоля производят кристаллизацию неопентилгликоля упариванием (удалением) оставшегося водного раствора метанола.

В результате получают на каждые 100 мас. частей смеси, полученной упариванием синтезата, 63,2 мас. частей неопентилгликоля, содержащего не более 0,3% натрия, выход продукта 69,3% и 4,39 мас. части формиата натрия, с содержанием основного вещества не менее 99,2%.

Обработка водно-солевой части. Водно-солевую часть упаренного синтезата после разделения слоев охлаждают до 0°С до кристаллизации кристаллогидрата формиата натрия и отделяют кристаллы соли, например, фильтрованием. Оставшийся раствор - маточник возвращают в голову процесса на стадию упарки.

В результате получают на каждые 100 массовых частей взятого раствора 63,64 части формиата натрия или кальция с содержанием основного вещества 99,0, выход на операции 77,59%. Образующийся в процессе отработанный раствор метанола используют повторно в операции обработки водно-гликолевой части упаренного синтезата (см. выше).

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

1. Способ разделения многоатомных спиртов, например неопентилгликоля, и формиата натрия, включающий упаривание и охлаждение реакционной смеси, добавление органического растворителя, кристаллизацию формиата натрия, отделение формиата натрия от насыщенного раствора многоатомного спирта, например, фильтрованием и кристаллизацию многоатомного спирта, отличающийся тем, что реакционную смесь упаривают до образования двух жидких слоев, которые разделяют на легкую фазу - вода - многоатомный спирт и тяжелую фазу - водно-солевую, отделенную водно-солевую часть раствора охлаждают до кристаллизации содержащегося в нем формиата натрия в виде кристаллогидрата, отделяют кристаллы формиата натрия, а оставшийся раствор - маточник возвращают в голову процесса на стадию упаривания, а затем отделенную легкую фазу - вода - многоатомный спирт дополнительно упаривают до кристаллизации 70% содержащегося в ней формиата натрия, затем охлаждают до 25-30°С и подвергают обработке органическим растворителем из ряда одноатомных предельных спиртов, например метанолом, для удаления оставшихся примесей, выпавший осадок отделяют от раствора, например, фильтрацией, а из оставшегося маточного раствора кристаллизуют многоатомный спирт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию многоатомного спирта, например неопентилгликоля, производят упариванием (удалением) оставшегося водного раствора одноатомного предельного спирта, например метанола.