Спосіб отримання монохлористої сірки

Реферат: Спосіб отримання монохлористої сірки включає підготовку в апараті із кожухом для теплообміну реакційної маси у вигляді розчину сірки в монохлористій сірці, перемішування розчину із одночасним його периферійним підігрівом до 40 °С, хлорування сірки газоподібним хлором з одночасним периферійним охолодженням реакційної маси до 50-60 °С. Подачу хлору здійснюють при тиску хлору 1,2-1,5 атм, а реакційну масу додатково охолоджують теплообмінним елементом, який попередньо вмонтовують всередину апарата. UA 83100 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ МОНОХЛОРИСТОЇ СІРКИ UA 83100 U UA 83100 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до отримання сполук неметалічних елементів, зокрема монохлористої сірки, яку широко використовують для синтезу дитіодиморфоліну модифікуючого агента при виробництві гумових виробів. Відомий спосіб отримання монохлористої сірки шляхом пропускання газоподібного сухого хлору над розплавом сірки [Менковский М.А., Яворский В.Т. Технология серы. - Μ., Химия.1985. - С. 37]. Хлор на межі фазорозподілу "газ-рідина" доволі активно вступає у екзотермічну реакцію із сіркою, утворюючи монохлористу сірку. Однак, певним обмеженням у промисловому застосуванні цього способу є те, що неконтрольована тут екзотермічна реакція між хлором та сіркою при її протіканні додатково підвищує і без того високу температуру розплаву сірки, при перевищенні якої понад 100 °C утворена монохлориста сірка частково розкладається на вихідні продукти. Та і безпосередньо у хімічну реакцію тут вступає лише незначна частина із загального обсягу хлору, обумовлюючи потребу у багатоцикловому його продуванні над розплавом сірки, що підвищує енергозатрати на реалізацію цього способу. Відомий спосіб отримання монохлористої сірки хлоруванням сірки в розчині чотирихлористого вуглецю [Тикавый В.Φ. Практикум по неорганической хими. - М., Химия. 1969. - С. 244]. Згідно з цим способом тверду сірку розчиняють у чотирихлористому вуглеці і через розчин пропускають газоподібний хлор. Однак, основним недоліком цього методу є необхідність виділення розчинника (чотирихлористого вуглецю) ректифікацією реакційної маси, що веде до збільшення кількості стадій процесу та збільшує енергозатрати на отримання монохлористої сірки. Найбільш близьким до заявленого є спосіб отримання монохлористої сірки в розчині монохлористої сірки, що включає підготовку в апараті із кожухом для теплообміну реакційної маси у вигляді розчину сірки в монохлористІй сірці, перемішування розчину із одночасним його периферійним підігрівом до 40 °C, хлорування сірки газоподібним хлором з одночасним периферійним охолодженням реакційної маси до 50-60 °C [Holleman A.F., Wiberg E. Inorganic Chemistry. Academic Press: San-Diego.-2001. - P. 328]. Згідно з цим способом хлор подають у реакційну масу при атмосферному тиску. За 3 години синтезу вихід монохлористої сірки досягає 93-94 %, а продуктивність одиниці реакційного об'єму при цьому складає 340-350 г/лгод. Але значна тривалість процесу та зумовлена цим низька продуктивність одиниці реакційного об'єму реалізуючого його обладнання обмежують використання цього способу. Основною причиною цьому є високий тепловий ефект реакції сірки із газоподібним хлором, якому неспроможне протистояти неефективне периферійне охолодження кожухом апарата реакційної маси по його об'єму. При цьому температура у центральній частині апарата суттєво перевищує температуру поблизу кожуха, що змушує зменшувати кількість хлору, поданого в апарат, сповільнює реакцію утворення монохлористої сірки, понижує продуктивність одиниці реакційного об'єму апарата та процесу в цілому. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу отримання монохлористої сірки, в якому підвищення тиску газоподібного хлору та встановлення всередині апарата теплообмінного елемента забезпечило б рівномірне по всьому об'єму охолодження реакційної маси до температури 50-60 °C, значне скорочення часу реакції та підвищення продуктивності одиниці реакційного об'єму апарата та процесу в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання монохлористої сірки, що включає підготовку в апараті із кожухом для теплообміну реакційної маси у вигляді розчину сірки в монохлористій сірці, перемішування розчину із одночасним його периферійним підігрівом до 40 °C, хлорування сірки газоподібним хлором з одночасним периферійним охолодженням реакційної маси до 50-60 °C, згідно з корисною моделлю, подачу хлору здійснюють при тиску 1,2-1,5 атм, а реакційну масу додатково охолоджують теплообмінним елементом, який попередньо вмонтовують всередину апарата. Це забезпечує рівномірне охолодження всього об'єму реакційної маси, усуває небезпеку утворення в просторі апарата ділянок із підвищеними температурами. Надлишковий тиск поданого всередину апарата газоподібного хлору сприяє активному його розчиненню у всіх ділянках апарата, рівномірному наповненню ним всього робочого простору, що усуває формування важкодоступних для хлору застійних зон, в яких реакція утворення моно-хлористої сірки сповільнена. Пониження температури всередині апарата до оптимальних значень, її рівномірність по всьому об'єму реакційної маси у поєднанні із надлишковим тиском поданого у реакційну масу газоподібного хлору надають можливість більш повного використання всього робочого простору апарата, створення оптимальних умов реакції і, як наслідок, забезпечують підвищення продуктивності одиниці реакційного об'єму апарата та процесу в цілому. 1 UA 83100 U 5 10 15 20 25 Спосіб отримання монохлористої сірки здійснювали у 500 мл сталевому апараті, масу хімічних реагентів зважували на лабораторних технічних вагах із точністю +/-0,05 г, тиск поданого до реакційної маси хлору фіксували за показами манометра із ціною поділки 0,05 атм., ступінь конверсії сірки у монохлористу сірку оцінювали аналізом сірки в розчині методом "краплі на склі" при температурі навколишнього середовища, а якість отриманої монохлористої сірки визначали вимірюванням вмісту активного хлору згідно з ТУ 2152-279-05763458-99 - Сера хлористая техническая (Монохлористая сера). Вологоград.-1999. - С. 17, який повинен бути в діапазоні 51-53 %. Приклад 1 В сталевий апарат з кожухом та теплообмінним елементом, вмонтованим всередину, об'ємом 500 мл заливали 176,5 г монохлористої сірки, додавали 167,5 г меленої сірки, неперервно перемішуючи суміш мішалкою до утворення суспензії сірки в монохлористій сірці. При цьому реакційну масу переферійно підігрівали до температури 40 °C рідким теплоносієм, що циркулює у кожуху корпуса апарата. Після цього до неї подавали 190 г газоподібного хлору із тиском 1,2 атм. Одночасно із подачею газоподібного хлору в кожуху апарату та теплообмінному елементі нагрівний теплоносій замінювали на охолоджувальний, що забезпечило додаткове охолодження і підтримування всередині апарата температури реакційної маси в межах 50-60 °C За даних умов утворення монохлористої сірки здійснювали впродовж 1,2 год. Непрореагований хлор та інші газоподібні продукти при цьому виводили для подальшого очищення. Після цього припиняли подачу хлору всередину апарата та охолоджувальної рідини в кожух апарата і теплообмінний елемент, зупиняли мішалку. Видаляли із апарата готовий продукт - 504,5 г монохлористої сірки, очищали апарат від залишків, знову завантажували апарат вихідними продуктами і цикл обробки повторювали у вище описаній послідовності. Вихід монохлористої сірки становив 95,3 %, продуктивність 868,8 г/л год., вміст активного хлору 51,4 %. Умови та результати отримання монохлористої сірки подано в таблиці. Приклади 2-4 здійснювали аналогічно. В них наведено дані експериментальної перевірки згідно з заявленим способом. Приклад 5 - результати експериментальної перевірки способу згідно з прототипом. 30 Таблиця Умови та результати отримання монохлористої сірки Вихід Вихід Час Тиск Вміст № Розчинник, Отримано на на Продуктивність, Сірка, г Хлор, г реакції, хлору, активного п/п МХС, г МХС, г сірку, хлор, г/лгод. год. атм хлору, % % % 1. 176,5 167,5 190,0 1,2 1,2 504,5 95,3 93,4 868,8 51,4 2. 168,0 207,0 235,0 1,2 1,4 594,6 97,7 95,5 1061,2 52,0 3. 167,5 207,0 234,5 1,0 1,5 595,7 98,8 95,9 1278,2 52,1 4. 168,1 207,0 244,0 1,0 1,6 590,2 96,8 90,1 1260,0 51,9 5. 167,5 167,5 190,0 3,0 1,0 503,3 94,0 92,5 347,5 52,1 35 40 45 Ці дані відображають наступне: - завдяки рівномірному охолодженню реакційної маси та підвищеного тиску поданого в неї газоподібного хлору тривалість повної конверсії сірки до монохлористої сірки зменшується із 3 годин до 1,0-1,2 год., тобто в 2,5-3 рази; - продуктивність одиниці реакційного об'єму апарата при цьому зростає від 347,5 г/л·год. до 868,8 г/л год. при тиску хлору 1,2 атм., до максимальної 1278,2 г/л·год. при тиску хлору 1,5 атм, тобто в 2,5-3,6 рази; - при перевищенні тиску хлору понад 1,5 атм (приклад 4) при незмінних інших параметрах процесу вихід цільового продукту, тобто монохлористої сірки, понижується (від 595,7 г до 590,2 г), що дає підстави обмежити верхній діапазон тиску хлору на максимальному значенні 1,5 атм. Підвищення тиску хлору до 1,6 атм веде до непродуктивного його витрачання, зменшення виходу продукту та зниження продуктивності одиниці реакційного об'єму. Порівняно із відомим способом отримання монохлористої сірки хлоруванням сірки в розчині монохлористої сірки даний, завдяки подачі газоподібного хлору із надлишковим тиском, регулюванню температури реакційної маси, підтримуванню її в оптимальному для екзотермічної реакції взаємодії сірки із хлором діапазоні, дозволяє збільшити продуктивність одиниці 2 UA 83100 U реакційного об'єму апарата в 2,5-3 рази, підвищити конверсію вихідних речовин - сірки і хлору та збільшити вихід монохлористої сірки на 2-5 % (з 94 % до 98,8 %). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб отримання монохлористої сірки, що включає підготовку в апараті із кожухом для теплообміну реакційної маси у вигляді розчину сірки в монохлористій сірці, перемішування розчину із одночасним його периферійним підігрівом до 40 °С, хлорування сірки газоподібним хлором з одночасним периферійним охолодженням реакційної маси до 50-60 °С, який відрізняється тим, що подачу хлору здійснюють при тиску хлору 1,2-1,5 атм, а реакційну масу додатково охолоджують теплообмінним елементом, який попередньо вмонтовують всередину апарата. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3