Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР СУШИЛОК ДЛЯ ПОЛУПРОДУКТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ С УЧЕТОМ ИХ ТЕРМОУСТОЙЧИВОСТИ

Брянкин К.В., Леонтьева А.И.
В связи с практической значимостью предложена методика и осуществлена классификация полупродуктов органических красителей по их термической устойчивости. В качестве основного критерия классификации принята величина потерь целевого вещества, выраженная в процентах относительно его начальной концентрации, или, что то же самое, значение разницы между максимально возможным и фактическим выходом на стадии термической переработки. Для осуществления оценки термической устойчивости предложено применить 6 уровней термостабильности в соответствии с принадлежностью величины потери целевого вещества при тепловом воздействии к определенному диапазону. Разработаны практические рекомендации по выбору способа сушки и его аппаратурного оформления для конкретного продукта с учетом его термочувствительности.
полупродукты органических красителей
термическая устойчивость
термостабильность
классификация

Полупродукты органических красителей (ПОК), выпускаемые в пастообразном виде с высокой степенью чистоты, являются в настоящее время практически невостребованными из-за низкой концентрации целевого компонента. Повысить концентрацию можно путем обезвоживания пасты сушкой при режимных параметрах процесса, обеспечивающих стабильность химической структуры продукта при минимуме энергозатрат.

Наиболее важными показателями качества химических продуктов тонкого органического синтеза являются концентрация целевого вещества и химическая чистота.

Из опыта промышленного производства известно, что большинство термолабильных органических продуктов, будучи подверженных малоинтенсивному тепловому режиму сушки, даже при достаточно низкой температуре материала, могут подвергаться деструкции, иногда с практически полной потерей целевого вещества, а при высокоинтенсивном режиме сушки, при повышенных температурах - наоборот, сохраняют концентрацию целевого вещества, практически соответствующую его начальному содержанию. Таким образом, правильный подбор аппаратурного оформления процесса сушки и его технологических режимов невозможен без наличия количественных и качественных оценок термочувствительности продуктов.

Из многообразия ПОК выделены и рассмотрены наиболее распространенные полупродукты органических красителей: из группы производных пиразолона - 1-фенил-3-метилпиразолон-5 (ФМП),
1-(4′-сульфофенил)-3-метил-пиразолон-5 (ПСФМП), 1-(4′-толил)-3-метил-пиразолон-5 (ПТМП); из группы производных нафталина - дикалиевая соль-6,8-дисульфо-β-нафтола (Г-соль), динатриевая соль-3,6-дисульфо-β-нафтола (Р-соль), 2-амино-6-нафтол-7-сульфокислота (И-кислота), 1-диазо-2-нафтол-6-нитро-4-сульфокислота (нитродиазоксид), 2-амино-8-нафтол-6-сульфокислота (Гамма-кислота), 2-нафтиламин-1-сульфокислота (амино-Тобиас-кислота); из группы производных бензола - парафенилендиамин, сульфанилат натрия, 4-толуидин-3-сульфонат натрия; из группы производных ацетоуксуной кислоты - ортохлоранилид ацетоуксусной кислоты (ОХА АУК), анилид ацетоуксусной кислоты (анилид АУК), ортоанизидид ацетоуксусной кислоты (ортоанизидид АУК), метоксилидид ацетоуксусной кислоты; из группы производных стильбена - 4,4´-диаминостильбен-2,2´-дисульфокислота (ДАС или ДС-кислота), 4,4´-динитростильбен-2,2´-дисульфокислота (ДНС-кислота); из группы производных антрахинона - дисперсный розовый 2С.

В качестве базовых предпосылок для разработки классификация ПОК по их термической устойчивости использовались:

- выводы по термической устойчивости ПОК, сделанные на основе анализа химической структуры рассматриваемых веществ [5, 6, 8];

- результаты анализа кривых, полученных при дериватографических исследованиях термической устойчивости ПОК [5, 10, 11];

- сведения по особенностям протекания процессов тепло- и массообмена, выявленные при изучении кинетических характеристик процесса сушки ПОК [1-4, 7, 9];

- данные о кинетических характеристиках термической деструкции целевого вещества ПОК, сопровождающей процесс их сушки [10, 11].

В качестве основного критерия классификации ПОК по их термической устойчивости принята величина потерь целевого вещества, выраженная в процентах относительно его начальной концентрации. Для проведения оценки термической устойчивости ПОК предлагается принять 6 уровней термостабильности (в соответствии с принадлежностью величины потери целевого вещества при тепловом воздействии к определенному диапазону).

Качественные уровни термической стабильности ПОК и соотносящиеся с ними диапазоны изменения величины потерь целевого вещества приведены в табл. 1.

Таблица 1

Уровни термической стабильности

Уровень термической устойчивости

Устойчивый

Очень
высокий

Высокий

Средний

Низкий

Очень низкий

Условное обозначение

У

ОВ

В

С

Н

ОН

Величина потерь, %

0-0,5

0,5-2

2-5

5-10

10-25

> 25

Широкий охват величин потерь целевого вещества в процессах его термообработки (0¸25 % и более) позволяет считать такую классификацию приемлемой для исследовательских и практических целей.

На основе предложенной схемы оценки термоустойчивости выбранных для исследования ПОК была составлена их классификация по термической устойчивости (табл. 2).

Таблица 2

Классификация ПОК по термоустойчивости

Наименование ПОК

Диапазон температур, °С

Условия сушки

Класс термо-устойчивости

Наименование ПОК

Диапазон температур, °С

Условия сушки

Класс термо-устойчивости

 

ПТМП

150-250

САГР

СНИ

У

И-кислота

до 130

СНИ

С

 

Нитродиазоксид

до 60-70

> 130

САГР

СНИ

С

Н

 

ПСФМП

150-200

СНИ

С

 

ФМП

150-200

САГР

СНИ

У

Амино-тобиас кислота

> 100

САГР

С

 

Анилид АУК

до 120

САГР

СНИ

У

ДНС

до 90

> 100

СНИ

САГР

В

С-ОН1

 

Метоксилидид АУК

до 120

САГР

СНИ

У

ДАС

до 150

> 370

САГР СНИ

ОВ

ОН

 

Ортоанизидид АУК

до 140

> 200

САГР

СНИ

У

ОН

Белофоры (КД-2, КД-93)

до 150

> 350

САГР СНИ

ОВ

ОН

 

Ортохлоранилид АУК

до 140

> 210

САГР

СНИ

У

ОН

ПФД

до 120

САГР

ОН2

С3

 

Г-соль

до 150

САГР

СНИ

В

С

4-толуидин-3-сульфонат натрия

до 120

САГР СНИ

ОВ

 

Р-соль

до 100

СНИ

Н

 

Гамма-кислота

до 130

СНИ

С

4-сульфани-лат натрия

до 120

САГР, СНИ

ОВ-В

 

Примечания:

САГР - сушилки с активным гидродинамическим режимом и высокоинтенсивным влагосъемом; СНИ - сушилки с низкой интенсивностью влагосъема;

1 - без использования инертных газов возможен взрыв; 2 - в отсутствии антиоксидантов; 3 - в присутствии бисульфита натрия.

НИИХиммашем разработана методика выбора сушильного оборудования из числа серийно выпускаемого заводами химического машиностроения для продуктов и полупродуктов химической, химико-фармацевтической, микробиологической и других отраслей промышленности, позволяющая сократить объем научно-исследовательских и проектных работ по аппаратурному оформлению процесса сушки [12,13].

В соответствии с данной методикой тип сушильного аппарата можно выбрать по специальной таблице, составленной на основе анализа статистических данных по использованию типовых аппаратов в химической и смежных отраслях промышленности. В таблице приведены показатели применения сушильных аппаратов в зависимости от основных технологических, гидродинамических, сорбционно-структурных характеристик и кинетики сушки материала с учетом масштаба производства. Пользуясь этой таблицей, можно, имея данные о свойствах материала, предложить варианты аппаратов для сушки. В таблицу включены все типы сушилок, широко применяемых в промышленности и выпускаемых заводами химического машиностроения, а также новые аппараты, осваиваемые машиностроительными заводами.

При использовании набора типовых конструкций сушильного оборудования или их лабораторных моделей и данных по термической устойчивости ПОК (см. табл. 2) получены результаты по определению класса термической устойчивости ПОК по группам в условиях сушки на различных типах сушильного оборудования. Анализ полученных данных позволил сформировать практические рекомендации по выбору способа сушки и его аппаратурного оформления для конкретного продукта с учетом его термочувствительности (табл. 3).

Таблица 3

Сушильное оборудование, рекомендуемое для сушки ПОК

Тип сушильного
оборудования

Температура сушки, °С

Содержание кислорода в сушильном агенте, %

Тип сушильного
оборудования

Температура сушки, °С

Содержание кислорода в сушильном агенте

ПОК производных пиразолона

ПОК производных стильбена

Полочные

80-90

15-17

Полочные

70-110

15-17

Полочные вакуумные

80-90

 

Полочные вакуумные

80-120

-

Ленточные одноярусные секционные

80-90

7-8

Распылительные с центробежным распылом4

100-320

15-17

Вибрационные1

90-100

в токе азота

Вальцевые

60-120

7-8

С кипящим слоем инертных тел

80-100

15-17

Распылительные с форсуночным распылом4

100-320

15-17

Вихревого слоя2

90-100

15-17

Вибрационные

90-110

-

Вихревого слоя с измельчением

100-110

15-17

Барабанные вакуумные

80-130

-

Трубные пневматические2

100-110

15-17

С кипящим слоем инертных тел

120-250

10-12

Струйные

90-110

15-17

Вихревого слоя с измельчением

90-180

15-17

ПОК производных амина

Вибрационные3

80-100

-

ПОК производных арилида

Псевдоожиженного слоя3

80-100

-

Вибрационные1

80-90

в токе азота

С кипящим слоем инертных тел

100-140

-

Вихревого слоя2

70-75

≤ 15

ПОК производных нафталина

Псевдоожиженного слоя периодического действия3

80-90

-

С кипящим слоем инертных тел

130-200

-

Фонтанирующего слоя3

80-100

-

Трубные пневматические2

100-110

15-17

Вихревого слоя

90-110

12-15

 

Вихревого слоя с измельчением3

90

12-15

Трубные пневматические2

90

12-15

Примечания:

1 - заторможенный виброаэрокипящий слой;

2 - требуются предварительная подсушка и ворошение;

3 - для неустойчивых соединений сушка в присутствии антиокислителей;

4 - для нитропроизводных - сушка в токе азота.

В соответствии с разработанной классификацией появляется возможность индивидуально для каждого ПОК подобрать метод сушки, тип сушильного оборудования и основные технологические характеристики процесса, обеспечивающие высокий и стабильный уровень термостойкости целевого вещества в процессах термической обработки.

Список литературы

  1. Брянкин К.В. Анализ и совершенствование технологии пара-фенилдиамина / К.В. Брянкин, А.И. Леонтьева, С.Ю. Чупрунов и др. // Химическая промышленность. - 1999. - №7. - С. 3-6.
  2. Брянкин К.В. Исследование процесса сушки полупродуктов органических красителей в режиме пневмотранспорта / К.В. Брянкин, А.А. Дегтярев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2010. - № 4-6(29). - С. 324-327.
  3. Брянкин К.В. О возможностях повышения эффективности процесса сушки пастообразных полупродуктов органических красителей / К.В. Брянкин, А.И. Леонтьева, В.И. Коновалов и др. // Журнал прикладной химии. - 2000. - Т. 73, Вып. 3. - С. 456-458.
  4. Брянкин К.В. Оценка эффективности процесса сушки полупродуктов органических красителей нафталинового ряда в режиме пневмотранспорта / К.В. Брянкин, А.А. Дегтярев // Молодой ученый. - 2010. - № 5 (16), Т. 1. - С. 41-45.
  5. Брянкин К. В. Подходы к формированию классификации полупродуктов органических красителей по термостойкости / К.В. Брянкин, А.И. Леонтьева, А.А. Дегтярев // Химия и химическая технология. - 2010. - Т. 53, № 11. - С. 90-94.
  6. Брянкин К.В. Разработка классификации полупродуктов органических красителей по термической устойчивости // Альманах современной науки и образования. - 2010. - № 5 (36). - С. 41-44.
  7. Коновалов В.И. Обезвоживание полупродуктов органических красителей в виброкипящем слое / В.И. Коновалов, А.И. Леонтьева, К.В. Брянкин и др. // Химия и химическая технология. - 1999. - Т. 42, Вып. 1. - С. 78-82.
  8. Леонтьева А.И. Влияние химической природы вещества на термическую устойчивость полупродуктов органических красителей / А.И. Леонтьева, К.В. Брянкин // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2009. - № 11(25). - С. 153-156.
  9. Леонтьева А.И. Исследование процесса сушки полупродуктов органических красителей под вакуумом / А.И. Леонтьева, К.В. Брянкин, А.А. Дегтярев // Вестник ТГТУ. - 2010. - Т. 16, № 2. - С. 326-331.
  10. Леонтьева А.И. Оценка термической устойчивости полупродуктов органических красителей / А.И. Леонтьева, К.В. Брянкин, А.А. Дегтярев // Химическая технология. - 2010. - № 7. - С. 412-419.
  11. Леонтьева А.И. Факторы, влияющие на стабильность концентрации целевого компонента в продукте при термическом воздействии / А.И. Леонтьева, К.В. Брянкин, А.А. Дегтярев // В мире научных открытий. - 2009. - № 6. - С. 16-21.
  12. Муштаев В. И. Сушка дисперсных материалов / В.И. Муштаев, В.М. Ульянов. - М.: Химия, 1988. - 352 с.
  13. Сажин Б.С. Научные основы техники сушки / Б.С. Сажин, В.Б. Сажин. - М.: Наука, 1997. - 448 с.

Рецензенты:

Мордасов Д.М., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Материалы и технология» ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», г. Тамбов;

Чернышова Т.И., д.т.н., профессор, декан энергетического факультета ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», г. Тамбов.

Работа поступила в редакцию 22.02.2011.


Библиографическая ссылка

Брянкин К.В., Леонтьева А.И. КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР СУШИЛОК ДЛЯ ПОЛУПРОДУКТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ С УЧЕТОМ ИХ ТЕРМОУСТОЙЧИВОСТИ // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 8-1. – С. 116-119;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=26796 (дата обращения: 21.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074