Спосіб одержання пероксоборату натрію

Изобретение относится к технологии производства пероксолей, в частности пероксобората натрия, широко используемого в качестве источника активного кислорода (Оа) в производстве синтетических моющих средств (CMC) и отбеливателей. Известны способы получения тетрагидрата пербората натрия (ПБН) или путем взаимодействия водных растворов кислородсодержащих соединений бора, гидроксида или карбоната натрия и пероксида водорода с отделением образующегося кристаллического продукта от маточного раствора и дальнейшей сушкой кристаллов. К недостаткам этого способа относятся образование в системе избыточного количества воды в виде маточного раствора, что связано с необходимостью его упарки либо выведения из процесса с соответствующими потерями сырья и загрязнением окружающей среды, а также значительные потоки циркулирующи х растворов, наличие стадии разделения твердой и жидкой фаз, что связано с дополнительными потерями продукта. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения пероксоборатов, включающий и получение пероксобората натрия с мольным отношением активного кислорода к бору равным 1 : 1, в котором выделением твердого пероксобората из полученного в результате синтеза соответствующего пероксобората раствора (суспензии) производится путем сушки указанного раствора (суспензии) непосредственно после синтеза. По этому-способу синтез, в частности пероксобората натрия, с указанным выше мольным соотношением проводят путем введения борной кислоты или борного ангидрида или тетрабората натрия в раствор пероксида водорода с последующим или одновременным введением гидроксида натрия, или введения метабората натрия в раствор пероксида водорода в расчете на мольное соотношение в готовом продукте, равное 1 : 1. Полученный непосредственно после синтеза раствор (суспензия) сушится при температуре теплоносителя 80 - 200°C и времени удаления жидкой фазы до 150с, а полученный после сушки порошкообразный продукт подвергается грануляции раствором метабората или пероксобората натрия. Стабилизирующие добавки (силикаты натрия, магния и др.) в этом способе могут вводиться как в растворы, направляемые на синтез или в процессе синтеза, так и в гранулирующие растворы. Этот способ позволяет исключить необходимость разделения суспензии на твердую и жидкую фазы и, следовательно, образование маточных растворов, упростить процесс и уменьшить потери продукта. Однако обязательное условие быстрого удаления жидкой фазы (до 150с) требует интенсивной сушки, что возможно при достаточной степени диспергации раствора (суспензии) в процессе сушки. Высокая степень диспергации при получении пероксобората натрия этим способом достигается при сушке относительно разбавленных растворов (суспензий), что связано с необходимостью испарения значительных количеств воды и потерями продукта. В результате высокой степени диспергации и высокой скорости сушки образуется тонкодисперсный продукт, средний размер частиц которого составляет менее 0,05мм, транспортировка и дальнейшая переработка такого продукта (например, грануляция) представляет известные трудности, в том числе и с точки зрения санитарных условий производства из-за его способности к пылеобразованию. К недостаткам этого способа следует отнести и то, что при приемлемых с точки зрения промышленности режимах он позволяет получать только обезвоженный продукт. Целью изобретения является упрощение технологии получения пероксобората натрия и повышение выхода продукта за счет исключения сушки раствора (суспензии) пероксобората непосредственно после синтеза и изменения процесса формирования твердой фазы. Поставленная цель достигается тем, что синтез пероксобората натрия, проводимый в водной среде путем взаимодействия кислородсодержащих соединений бора, гидроксида или карбоната натрия, или их смеси и пероксида водорода, или метабората натрия и пероксида водорода осуществляют при мольном соотношении бора и общего количества воды в системе, равном 1 : 4,0 - 10,0, и полученную смесь выдерживают при температуре 15 - 50°C в состоянии покоя или при перемешивании до ее загустевания или до затвердевания с последующей грануляцией или дроблением и подсушкой. При этом под общим количеством воды в системе подразумевают воду, содержащуюся в сырье и образующуюся в результате реакций. Грануляцию полученный загустевающей массы осуществляют путем формования гранул, например, путем пропускания ее через отверстия заданного сечения, образующиеся после продавливания нити разрезают на части заданной длины и подсушивают. Если реакционная масса выдержана до затвердевания, то ее до или после сушки разрушают с выделением заданной фракции и более мелкую фракцию возвращают на стадию синтеза или гранулируют известными способами. Общеизвестные стабилизаторы (силикаты, фосфа ты, сульфаты и т.п.) могут вводиться как в растворы, поступающие на синтез, так и в процессе синтеза и грануляции. Получаемая в результате смешения при данном соотношении компонентов реакционная масса представляет собой однородный гомогенный раствор, который со временем из-за образования твердой фазы мутнеет и затем постепенно загустевает, превращаясь в высоковязкую пастообразную массу, которая далее превращается в твердый продукт, содержащий 5,7 - 9,3мас.% и 10 - 45% мас.% воды. После сушки загустевшей или затвердевшей реакционной массы при температуре до 50°C получается продукт с содержанием 10,0 - 11,0мас.%, что примерно соответствует тетрагидрату пероксобората натрия, при температуре сушки 55°C и выше образуется продукт, содержащий около 16мас.% что соответствуе т моногидрату пероксобората натрия. В описанном процессе при взаимодействии компонентов в реакционной массе происходит образование пероксобората натрия, который через некоторое время начинает кристаллизоваться. Можно предположить, что в условиях высокой концентрации происходит образование пероксобората натрия тетрагидрата и частично пероксобората натрия тригидрата. Об этом свидетельствует тот факт, что содержание воды в продукте, высушенном при низкой температуре (20 25°C), меньше количества воды, соответствующего содержанию кристаллизационной воды в пероксоборате натрия тетрагидрата. При этом в условиях данного способа содержание воды в реакционной смеси выбирается таким, чтобы обеспечивались возможность начала кристаллизации и образования твердого продукта, а также полный захват всей воды образующейся твердой фазой и, следовательно, предотвращение разделения фаз (расслоения реакционной массы). Благодаря способности образующейся в этих условиях реакционной массы изменять вязкость до полного ее затвердевания, обеспечивается возможность грануляции и подсушки этой массы описанными способами. Пример 1. В термостатируемый реактор с мешалкой при 35°C загружают 53в.ч. 32,1мас.% (17в.ч. 100мас.% 0,5 моля), затем при перемешивании добавляют 31в.ч. сухой 99,8мас.% (30,9в.ч. 100мас.% 0,5 моля). В образовавшуюся суспензию порциями добавляют 21в.ч. сухого 95мас.% (20в.ч. 100мас.% 0,5 моля). В данном случае мольное отношение бора к воде, с учетом воды, содержащейся в сырье и образующейся в результате реакций, составляет 1 : 7. Образуется однородный прозрачный раствор, который при выдерживании при температуре 35°C постепенно загустевает и приблизительно через 15мин превращается в вязкую массу, которая еще через 5мин затвердевает. Полученный твердый продукт рассыпается при механическом воздействии. Продукт дробят до частиц размером 0,2 - 2,0мм и высушивают при 60°C. Получают продукт, содержащий 15,7мас.% что примерно соответствует моногидрату пероксобората натрия Пример 2. В термостатируемый реактор с мешалкой при 50°C загружают 51,2в.ч. 33,2мас.% (17в.ч. 100мас.% 0,5 моля). Затем добавляют 31в.ч. сухой 99,8мас.% (30,9в.ч. 100мас.% 0,5 моля). В образовавшуюся суспензию порциями добавляют 48,3в.ч. 41,4мас.% водного раствора (20в.ч. 100мас.% 0,5 моля). В данном случае при том же, что и в предыдущем и во все х последующих примерах, мольном соотношении равном 1 : 1, мольное соотношение равно 1 : 10. Образуется однородный прозрачный раствор, который выдерживают при 50°C. Через 15мин после ввода щелочи раствор превращается в загустевшую вязкую массу, которую продавливают через фильеры диаметром 1мм. Образующиеся после фильер нити разрезают на частицы длиной 0,2 - 1мм и высушивают при 50°C. Получают продукт, содержащий 10,6мас.% что соответствует пероксоборату натрия тетрагидрату вероятно, пероксобората с натрия примесью, тригидрата Пример 3. В термостатируемый реактор с мешалкой при 30°C загружают 49,6в.ч. 34,3мас.% (17в.ч. 100мас.% добавляют 47,7в.ч. сухой 0,5 моля). Затем 100мас.% буры (0,125 моля). К образовавшейся реакционной массе порциями добавляют 10,53в.ч. сухого 95мас.% (10в.ч. 100мас.% 0,25 моля). Мольное соотношение равно 1 : 7,4. Образуется однородный прозрачный раствор, который выдерживают при 30°C. Через 10мин образовавшуюся из раствора вязкую массу продавливают через фильеры диаметром 1мм. Затвердевшие нити дробят на частицы 0,2 - 1,0мм и сушат при 30°C. Пример 3 (а). Условия проведения опыта и применяемое сырье аналогичны примеру 3, но температура выдерживания смеси после проведения синтеза составляет 55°C. Пример 4. В термостатируемый реактор с мешалкой при 45°C загружают 49,6в.ч. 34,3мас.% (17в.ч. 100мас.% добавляют 31в.ч. сухой 0,5 моля), затем 99,8мас.% (30,9в.ч. 100мас.% 0,5 моля). В образовавшуюся суспензию порциями добавляют вначале 21,2в.ч. сухой безводной 100мас.% (0,2 моля), затем 9,35в.ч. 47,8мас.% раствора (4,0в.ч. 100мас.% 0,1 моля). Соотношение в реакционной смеси равно 1 : 6,6. Образуется однородный раствор, который выдерживают при температуре 45°C. Через 10мин раствор загустевает, а затем еще через 5мин превращается в твердый продукт, рассыпающийся при механическом воздействии. Частицы продукта размером 1,0 - 10,0мм сушат при 50°C, а затем дробят до размера 0,2 - 1,0мм. Пример 5. В термостатируемый реактор с мешалкой при 15°C загружают 35в.ч. 48,6мас.% (17в.ч. 100мас.% порциями добавляют 0,5 моля). Затем 69в.ч. 100мас.% (0,5 моля). Мольное соотношение в реакционной смеси равно 1 : 7,0. Образуется однородный раствор, который выдерживают при 15°C. Раствор через 8мин загустевает, а затем еще через 15мин превращается в твердый продукт, рассыпающийся при механическом воздействии. Продукт дробят до частиц размером 0,2 - 1,0мм, а затем высушивают при 25°C. Пример 6. В термостатируемый реактор с мешалкой при 30°C загружают 42,5в.ч. 40мас.% (17в.ч. 100мас.% 0,5 моля). Затем добавляют 17,6в.ч. сухого 100мас.% (0,5 моля). В образовавшуюся смесь порциями добавляют 47в.ч. 42,6мас.% (20в.ч. 100мас. 0,5 моля). Соотношение равно 1 : 7,33. Раствор выдерживают при 45°C. Через 15мин раствор загустевает до состояния вязкой массы, которую при 45°C продавливают через фильеры диаметром 1мм. Образующуюся нить продукта разрезают на частицы длиной 0,2 1мм и сушат при температуре 55 - 60°C. Примеры 7 - 10 выполнены с использованием такого же сырья, как в примере 1, при тех же мольных соотношениях но с другими мольными соотношениями Условия выполнения конкретных примеров описанного способа приведены в табл.1. Выдерживание синтезированной смеси проводилось в состоянии покоя или при перемешивании. Для сравнения получаемых по данному способу результатов с прототипом был получен пероксоборат натрия по способу-прототипу (пример 11). Пример 11. В термостатируемый смеситель при 40°C загружают 100в.ч. 34мас.% (34в.ч. 100мас.% 1 моль) и 302в.ч. 21,8мас.% (65,84в.ч. 100мас.% 1 моль). Мольное соотношение равно 1 : 1. Мольное соотношение равно 1 : 17,8. Через 5мин после смешения полученный раствор высушивают путем распыления в токе теплоносителя, имеющего температуру на входе в зону сушки 160°C и на выходе 80°C. Полученный тонкодисперсный порошок гранулируют в роторном грануляторе собственным исходным раствором. Получают гранулированный продукт с содержанием 15,3мас.% Условия приведенных в примерах опытов и результаты анализов и определения свойств полученных пероксоборатов представлены в табл.1 и 2 соответственно. Как видно из приведенных примеров, описанный способ позволяет использовать различные виды борсодержащего сырья, такие как борную кислоту (примеры 1, 2, 3, 7 - 10), буру (пример 3), метаборат натрия (пример 5) и борный ангидрид (пример 6). Способ позволяет использовать как твердый гидроксид натрия (примеры 1, 3, 7 - 10), так и его концентрированные растворы (примеры 2, 4, 6), а также карбонат натрия (пример 4). Примерами конкретного выполнения показано, что при мольном соотношении в реакционной массе равном 1 : 3,5 (пример 8), не происходит ее загустевания. При увеличении количества воды в системе до мольного соотношения превышающего 1 : 10 (например, 1 : 11, пример 9), образуется незагустевающая даже в течение 1ч суспензия с четко выделенными (разделенными) твердой и жидкой фазами. В этом случае как условия собственно синтеза пероксобората натрия, так и дальнейшей переработки образующейся суспензии проводятся известными способами, которые хотя и позволяют получить продукт высокого качества, однако связано с усложнением технологического процесса (дополнительные операции, наличие маточных растворов с соответствующими дополнительными потерями и удорожанием готового продукта). Таким образом, описанный способ обеспечивает получение пероксобората натрия при содержании в реакционной смеси на 1 моль бора от 4 до 10 молей воды и при последующем выдерживании указанной смеси при температуре 15 - 50°C. Образцы пероксоборатов натрия, получаемые по этому способу, по потребительским свойствам превышают образцы пероксобората натрия, получаемые по прототипу, при более высоком в сравнении с прототипом выходе готового продукта. При этом заявляемый способ отличается от прототипа существенным упрощением технологического процесса.