Способ получения ацетата калия

Способ получения ацетата калия

Реферат

Изобретение относится к способам получения ацетата калия, который в виде чистого продукта применяется в оптическом стекловарении, а также в аналитической химии, в фармацевтической промышленности.

Ацетат калия в описанных ранее способах синтеза получают, в основном, взаимодействием гидроксида калия или солей калия, например карбоната или бикарбоната калия, с уксусной кислотой или уксусным ангидридом.

Так, в известном способе (SU 1105489, C07C 53/10, 1984) в качестве исходных продуктов используют уксусный ангидрид и свежеприготовленный алканольный раствор гидроксида калия, которые берут в молярном соотношении гидроксида калия к уксусному ангидриду и к C₁-С₄-алканолу, равном 1:(0,48-0,5):(8,5-27). Данный известный способ синтеза проводят при температуре не выше 75°C (70-75°C), после чего осуществляют фильтрационную очистку полученного продукта пропусканием его через активированный уголь и последующую кристаллизацию при 0-5°C. Данным способом получают ацетат калия приблизительно с 50%-ным выходом и содержанием основного вещества на уровне 99,5-99,6 мас.%. Основным недостатком данного способа является нежелательное загрязнение конечного продукта алифатическими спиртами.

Известен также способ получения ацетата калия взаимодействием раствора гидроксида калия с уксусной кислотой, в котором» раствор гидроксида калия приливают к уксусной кислоте до pH среды 8,3-8,6 при температуре не выше 75°C, после чего раствор обрабатывают активированным углем, отфильтровывают и осуществляют кристаллизацию в присутствии винной кислоты, взятой в количестве 0,005-0,025 мас.% (SU 1694568, C07C 53/10, 1991). Продукт, получаемый данным способом, содержит 99,0-99,4 мас.% основного вещества и тяжелых металлов на уровне 1·10^-3 мас.%. В данном способе не оговорено молярное соотношение исходных продуктов, но говорится, что раствор гидроксида калия приливается к уксусной кислоте до создания pH 8,3-8,6. Недостатком данного способа также является недостаточно высокая степень чистоты получаемого продукта, особенно в отношении содержания тяжелых металлов.

Наиболее близким по технической сущности новому способу является известный способ получения ацетата калия («Постоянный технологический регламент №97 производства калия уксуснокислого квалификации «чистый» и «ч.д.а.» - ДЗХР, 1987, 48 с.»), описание которого приводится в вышецитированном авторском свидетельстве СССР (SU №1105489). Согласно выписке из цитированного Технологического регламента, ацетат калия в известном способе, выбранном в качестве прототипа, получают нейтрализацией 15-17%-ного водного раствора гидроксида калия 54-55%-ным водным раствором уксусной кислоты при температуре не выше 75°C. Полученный таким способом раствор ацетата калия затем обрабатывают активированным углем, отфильтровывают и фильтрат упаривают при 105-115°C и разрежении 0,6-0,8 кг/см². После этого осуществляют кристаллизацию под вакуумом и при 55-65°C отфильтровывают готовый продукт. Получают ацетат калия, содержащий 0,5 молекулы воды и 99,0 мас.% основного вещества. Основной недостаток известного способа, выбранного в качестве прототипа, является низкая степень чистоты получаемого продукта (99,0 мас.% основного продукта, присутствие влаги и содержание тяжелых металлов на уровне 10^-2).

Для создания технологичного процесса, обеспечивающего получение высокочистого продукта, минимально содержащего примеси тяжелых металлов, предлагается новый способ получения ацетата калия, осуществляемый взаимодействием кристаллического гидроксида калия с 40-60%-ной уксусной кислотой, взятой в 30-35%-ном избытке от стехиометрического количества, которую приливают к гидроксиду калия, поддерживая температуру реакционной массы на уровне 80-90°C, после чего полученный раствор ацетата калия отфильтровывают, фильтрат упаривают при температуре 105-115°C, охлаждают раствор до 55-65°C и осуществляют вакуумную кристаллизацию, последующее центрифугирование выделенных кристаллов со скоростью 500-2000 об/мин и конечную стадию вакуумной сушки при температуре 145-155°C.

Предлагаемое изобретение отличается от способа-прототипа, прежде всего, использованием в качестве исходного продукта кристаллического гидроксида калия, а не водного раствора гидроксида калия, как в прототипе, а также количественным соотношением исходных продуктов (30-35%-ным избытком уксусной кислоты от стехиометрического количества). Кроме того, в предлагаемом способе допустимо использование исходной уксусной кислоты с более широким интервалом концентрации (40-60%ной вместо 50-55%-ной, как в прототипе). Существенным отличием предлагаемого способа является наличие дополнительных стадии обработки синтезированного продукта, а именно, стадии отделения кристаллов центрифугированием при использовании определенной скорости вращения центрифуги (500-2000 об/мин), а также стадии вакуумной сушки, осуществляемой при температуре (145-155°C).

Применение на стадии синтеза в качестве исходного продукта кристаллического гидроксида калия, а не его водного раствора в комплексе с другими признаками способа способствует повышению степени чистоты конечного продукта и увеличению выхода.

Существенное влияние на качество и выход конечного продукта оказывает количественное соотношение исходных продуктов, подобранное экспериментально. Выбор именно 30-35%-ного избытка уксусной кислоты (в пересчете на 100%-ную кислоту) объясняется тем, что именно при этом соотношении достигается максимальный выход конечного продукта.

Стадия центрифугирования, проводимая для более полного отделения маточного раствора от кристаллов, осуществима при широком интервале скоростей вращения центрифуги (от 500 до 2000 оборотов в минуту). Величина используемой в процессе скорости вращения зависит от выбора того или иного

типа центрифуг, каковыми могут быть центрифуги марки ОПН-3М, СМ-6МТ. Стадия вакуумной сушки осуществляется при температуре 145-155°C, которая обеспечивает полное обезвоживание конечного продукта.

Все рассмотренные признаки данного способа получения ацетата калия в комплексе влияют на процесс и обеспечивают получение продукта с высоким выходом (80-88%) и высокой степени чистоты с содержанием основного вещества на уровне 99,5-99,6 мас.% и с низким содержанием лимитированных примесей. Особенно это касается содержания ряда металлов, а именно, свинца магния и мышьяка, которое в получаемом по данному способу продукте снижается в сто раз, а также железа и кальция, содержание которых снижается в десять раз по сравнению с образцами реактивной квалификации, получаемыми по способу-прототипу. Ниже изобретение иллюстрируется примерами и таблицами.

Пример 1

В реактор с охладительной рубашкой, снабженный мешалкой, загружают раствор химически чистой 40%-ной уксусной кислоты в количестве (0,05 л), на 30% превышающем стехиометрически необходимое количество, и к нему небольшими порциями, поддерживая температуру реакционной смеси 80-81°C, добавляют 15 г гидроксида калия химически чистого и перемешивают при этой температуре до полного растворения гидроксида калия. Полученный раствор ацетата калия фильтруют на воронке Бюхнера, а затем упаривают при температуре 105°C и охлаждают до температуры 55°C, отфильтровывают под вакуумом, а отделенные от маточника кристаллы загружают в центрифугу и перемешивают со скоростью 500 оборотов в минуту. Затем полученные кристаллы ацетата калия помещают в вакуумную печь и сушат при температуре 155°C. Получают продукт, содержащий 99,53 мас.% основного вещества с выходом 88,30% от теоретического.

Остальные примеры осуществляются аналогично примеру 1, причем количество исходного гидроксида калия во всех примерах берется одинаковое (15 г), а изменяются только другие, указанные в примерах параметры процесса.

Пример 2

Приливают 60%-ную уксусную кислоту (0,033 л) с 30%-ным избытком от стехиометрии, реакцию синтеза проводят при 89-90°C, упаривание фильтрата проводят при 115°C, а последующее охлаждение - до 65°C, центрифугируют выделенные кристаллы со скоростью 2000 оборотов в минуту на центрифуге СМ-6МТ и сушат при температуре 145°C. Выход 80,03%, содержание основного продукта 99,00 мас.%.

Пример 3

Приливают 55%-ную уксусную кислоту (0,042 л), что составляет 35% от стехиометрии, реакцию синтеза проводят при температуре 85-86°C, температура упаривания фильтрата поддерживается на уровне 109-110°C, температура последующего охлаждения поддерживается около 60°C, скорость центрифугирования - 2000 оборотов в минуту и температура сушки 150°C. Получают продукт с выходом 80,5% и содержанием основного вещества 99,60 мас.%.

Пример 4

Приливают 47,5%-ную уксусную кислоту (0,042 л), что составляет 30% от стехиометрии, температуру синтеза поддерживают на уровне 80°C, температуру упаривания фильтрата на уровне 110°C, температуру охлаждения на уровне 55°C, скорость центрифугирования составляет 1000 оборотов в минуту и сушку проводят при температуре (130±5)°C. Получают продукт с 81,93%-ным выходом и содержанием основного вещества 99,00 мас.%

Остальные примеры 5-11, отраженные только в таблицах 1 и 2, осуществляются аналогично примеру 1, но при использовании иных концентраций уксусной кислоты и ином ее количестве по отношению к стехиометрическому (больше либо меньше заявляемых величин). В таблице 1 показано влияние двух параметров (при не измененных других) на выход и содержание основного продукта в конечном продукте.

В таблице 2 отражена степень чистоты получаемых образцов продукта (по содержанию лимитированных примесей) при использовании всех признаков заявляемого способа (примеры 1-4) и образцов, получаемых при завышении или занижении концентрации или количества используемой уксусной кислоты по сравнению с заявляемыми.

Как видно из таблицы 1, максимальный выход по предлагаемому способу составляет 80-88%, а содержание основного компонента 99,5-99,6 мас.%. В экспериментах 1, 3, 5 концентрация уксусной кислоты составляла 40-60%, отклонение от стехиометрии 30-35%, температура сушки (150±5)°C.

Из таблицы 2 следует, что предлагаемый способ позволяет получить калия ацетат, превышающий по чистоте образцы реактивной квалификации по лимитирующим примесям: свинец, магний и мышьяк - более чем в 100 раз, а железо, кальций - в 10.

Таблица 1
Выход калия ацетата при различной концентрации уксусной кислоты и отклонения от стехиометрии
Загружено	Получено
№№ экспер.	CH3COOH, %	CH3COOH отклонение от стехиометрии, %	KOH, г	Выход продукта, % от теории	Содержание основного вещества, %	Температура сушки, °C
1	41,30	30	15,00	88,30	99,53	150±5
2	59,92	30	15,00	80,03	99,00	170±5
3	55,00	35	15,00	80,50	99,60	150±5
4	47,50	30	15,00	81,93	99,00	130±5
5	60,00	30	15,00	83,75	99,55	150±5
6	41,28	стехиометрия	15,00	43,71	99,40	150±5
7	41,42	10	15,00	51,16	99,42	150±5
8	39,98	23	15,00	59,62	99,30	150±5
9	80,84	30	15,00	50,00	99,25	150±5
10	99,81	30	15,00	35,00	99,25	150±5
11	45,00	40	15,00	65,60	99,40	150±5

Таблица 2
Чистота полученного калия ацетата по примерам
Показатели, мас.%	ГОСТ 5820	Образцы калия ацетата по примерам
Ч.	Ч.Д.А	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Содержание CH3COOK в продукте, не менее	99,00	99,50	99,53	99,00	99,60	99,00	99,55	99,40	99,42	99,30	99,25	99,25	99,40
Содержание нерастворимых в воде веществ, не более	1.10-2	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3	5.10-3
Кислотность CH3COOH, не более	2.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1	1.10-1
Щелочность КОН, не более	5.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2	1.10-2
Содержание сульфатов (SO4), не более	5.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3
Содержание фосфатов (PO4), не более	5.10-3	1.10-3	5.10-4	1.10-3	5.10-4	1.10-3	5.10-4	5.10-3	1.10-3	1.10-3	1.10-3	1.10-3	11.10-3
Содержание хлоридов (Cl), не более	5.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3	2.10-3
Содержание тяжелых металлов (Pb), не более	1.10-3	5.10-4	1.10-6	5.10-5	1.10-6	5.10-5	1.10-6	5.10-5	5.10-5	5.10-5	5.10-5	5.10-6	5.10-5

Продолжение таблицы 2
Содержание железа (Fe), не более	1.10-3	5.10-4	1.10-5	5.10-4	1.10-5	5.10-4	1.10-5	5.10-5	5.10-4	5.10-4	5.10-4	5.10-5	5.10-4
Содержание кальция (Ca), не более	5.10-3	2.10-3	1.10-4	5.10-4	1.10-4	5.10-4	1.10-4	5.10-4	5.10-4	5.10-4	5.10-4	5.10-4	5.10-4
Содержание магния (Mg), не более	2.10-3	1.10-3	1.10-5	1.10-4	1.10-5	1.10-4	1.10-5	5.10-5	5.10-5	5.10-5	1.10-4	1.10-4	5.10-5
Содержание мышьяка (As), не более	-	1.10-4	1.10-6	5.10-5	1.10-6	5.10-5	1.10-6	5.10-6	5.10-6	5.10-6	5.10-5	5.10-5	5.10-5
Содержание ванадия (V), не более	-	-	1.10-5	1.10-4	1.10-5	1.10-4	1.10-5	5.10-5	5.10-5	5.10-5	1.10-4	1.10-4	5.10-5
Содержание кобальта (Co), не более	-	-	1.10-6	5.10-5	1.10-6	5.10-5	1.10-6	5.10-6	5.10-6	5.10-6	5.10-5	5.10-5	5.10-5
Содержание марганца (Mn), не более	-	-	1.10-5	1.10-4	1.10-5	1.10-4	1.10-5	5.10-5	5.10-5	5.10-5	1.10-4	1.10-4	5.10-5
Содержание меди (Си), не более	-	-	1.10-6	5.10-5	1.10-6	5.10-5	1.10-6	5.10-6	5.10-6	5.10-6	5.10-5	5.10-5	5.10-5
Содержание никеля (Ni), не более	-	-	1.10-5	1.10-4	1.10-5	1.10-4	1.10-5	5.10-5	5.10-5	5.10-5	1.10-4	1.10-4	5.10-5
Содержание хрома (Cr), не более	-	-	2.10-5	1.10-4	2.10-5	1.10-4	2.10-5	5.10-5	5.10-5	5.10-5	1.10-4	1.10-4	5.10-5

Способ получения ацетата калия взаимодействием гидроксида калия с водным раствором уксусной кислоты и последующими стадиями обработки полученного ацетата калия, включающими фильтрационную очистку полученного раствора ацетата калия, упаривание фильтрата при 105-115°C, охлаждение до 55-65°C и вакуумную кристаллизацию, отличающийся тем, что в качестве исходных продуктов используют кристаллический гидроксид калия и 40-60%-ную уксусную кислоту, которую добавляют к гидроксиду калия в 30-35%-ном избытке от стехиометрии и при поддержании температуры реакционной массы на уровне 80-90°C, и что образующиеся кристаллы ацетата калия после стадии вакуумной кристаллизации дополнительно подвергают центрифугированию со скоростью 500-2000 оборотов в минуту и последующей вакуумной сушке при 145-155°C.