Исследование процесса нейтрализации бромсодержащих систем фталатного типа

Плотникова Р.Н.; Plotnikova R.N.

doi:10.20914/2310-1202-2020-4-236-241

Исследование процесса нейтрализации бромсодержащих систем фталатного типа

Автор: Плотникова Р.Н.

Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet

Рубрика: Химическая технология

Статья в выпуске: 4 (86), 2020 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены особенности заключительных стадий процесса получения бромсодержащих систем фталатного типа. Выявлены факторы, оказывающие влияние на качество целевого продукта, по которым составлен и реализован план эксперимента. В качестве факторов, влияющих на процесс, выбраны: А - температура, К; В - продолжительность нейтрализации, ч; С - массовая доля нейтрализующего агента, %; D - отношение использованной массы нейтрализующего агента к его расчетной массе по кислотному числу реакционной массы. С помощью графического редактора проведена обработка кривых, характеризующих зависимость функции отклика от различных факторов. Проведен анализ полученных кривых, свидетельствующий о наличии экстремумов и точек перегиба, соответствующих минимальному кислотному числу. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало, что ошибка результата, полученного по регрессионному уравнению, составляет не более 10%. С помощью балансовых расчетов установлено, что реализация процесса нейтрализации бромсодержащих систем фталатного типа без растворителя позволит снизить потери в 3-5 раз. Выявлены оптимальные условия, обеспечивающих низкое кислотное число целевого продукта после нейтрализации: температура нейтрализации 315 К, продолжительность нейтрализации 0,5 ч, концентрация гидроксида калия в водном растворе 11 мас. %, избыток нейтрализующего агента на моль расчетного 2,44 моль/моль. Доказано, что ведение процесса без растворителей оказывает положительное влияние как на технологические, так и на экономические показатели.

Еще

Фталаты, бромирование, бромсодержащие системы, нейтрализация, планирование эксперимента

Короткий адрес: https://sciup.org/140257271

IDR: 140257271 | УДК: 640 | DOI: 10.20914/2310-1202-2020-4-236-241

Study of the process of neutralization of bromine - containing phthalate-type systems

The features of the final stages of the process of obtaining bromine-containing phthalate-type systems are considered. The factors that influence the quality of the target product were identified and the experiment plan was developed and implemented. As factors affecting the process, the following are selected: a - temperature, K; B - duration of neutralization, h; C - mass fraction of the neutralizing agent, %; D-the ratio of the used mass of the neutralizing agent to its calculated mass by the acid number of the reaction mass. The curves describing the dependence of the response function on various factors are processed using a graphical editor. The obtained curves are analyzed, indicating the presence of extremes and inflection points corresponding to the minimum acid number. Comparison of calculated and experimental data showed that the error of the result obtained by the regression equation is no more than 10%. Using balance calculations, it is established that the implementation of the process of neutralization of bromine-containing phthalate-type systems without a solvent will reduce losses by 3-5 times. Optimal conditions were found to ensure a low acid number of the target product after neutralization: the neutralization temperature is 315 K, the duration of neutralization is 0.5 h, the concentration of potassium hydroxide in an aqueous solution is 11 wt.%, the excess of the neutralizing agent per mol of the calculated 2.44 mol/mol. It is proved that conducting the process without solvents has a positive impact on both technological and economic indicators.the ralizing agent per mol is estimated at 2.44 mol/mol.

Еще

Текст научной статьи Исследование процесса нейтрализации бромсодержащих систем фталатного типа

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Плотникова Р.Н. Вестник ВГУИТ, 2020, Т. 82, №. 4, С. 236-241 post@vestnik-vsuet.ru

Таблица 1.

Результаты эксперимента

Температура, К

Temperature, K

Продолжительность нейтрализации, ч Duration of neutralization, h

Рисунок 2. Зависимость целевой функции f 2 (В) от продолжительности нейтрализации

Figure 2. Dependence of the objective function f 2 (B) on the duration of neutralization

Рисунок 1. Зависимость целевой функции f 1 (А) от температуры нейтрализации

Figure 1. Dependence of the objective function f 1 (A) on the neutralization temperature

Концентрация нейтрализующего агента, % Neutralizing agents concentranion, %

Рисунок 3. Зависимость целевой функции f 3 (С)

от концентрации нейтрализующего агента

Figure 3. Dependence of the objective function f 3 (C) on the concentration of the neutralizing agent

Избыток нейтрализующего агента, моль/моль Neutralizing agents excess, mol/mol

Рисунок 4. Зависимость целевой функции f 4 (D) от избытка нейтрализующего агента

Figure 4. Dependence of the objective function f4 (D) on the excess of the neutralizing agent

С учетом полученных результатов регрессионное уравнение [10], описывающее процесс нейтрализации по указанным факторам, принимает вид:

f = ( 0,0013 А ² -0,8402 А + 133,16 ) х х ( 1,9531 В ² -1,9812 В + 0,999 ) х х ( 0,0018 С ² - 0,0402 С + 0,7245 ) х х ( 0,191 С ² -0,611 С + 0,989 )

Table 1.

The results of the experiment

Номер уровня Level number	Значение фактора Factors value	Значение целевой функции Target functions value	Значение фактора Factors value	Значение целевой функции Target functions value
Номер уровня Level number	А – температура, К A-temperature, K		В – время, ч B-time, h
1	293	1,048	0,08	0,853
2	313	0,348	0,4	0,519
3	333	0,711	0,72	0,585
	С – концентрация нейтрализующего агента, % C-neutralizing agents concentration , %		D – избыток нейтрализующего агента, моль / моль D-excess neutralizing agent, mol / mol
1	5	0,569	1:1	0,569
2	15	0,531	2:1	0,531
3	25	0,857	3:1	0,875

Результаты и обсуждение

Таблица 2.

Балансовые расчеты завершающих стадий получения бромсодержащих систем фталатного типа в водной среде Table 2.

Balance calculations of the final stages of receipt bromine-containing phthalate-type systems in the aquatic environment

Приход \| Income			Расход \| Expenditure
Нейтрализация ׀ Neutralization
Реакционная масса \| Reaction mass	224 г	93,7%	Водная эмульсия бромированных фталатов Water emulsion of brominated phthalates	126 г	52,7%
Водный раствор гидроксида калия с м.д. основного вещества 10% An aqueous solution of potassium hydroxide with a 10% of the main substance	15 г	6,3%
Вакуумная отгонка ׀ Vacuum distillation
Водная эмульсия бромированных фталатов Water emulsion of brominated phthalates	126 г	100%	Бромированные фталаты, примеси Brominated phthalates, impurities	113 г	89,6%
Фильтрация ׀ Filtration
Бромированные фталаты, примеси Brominated phthalates, impurities	113 г	100%	Бромированные фталаты Brominated phthalates	107 г	94,7%
Потери, г/% ׀ Losses, g/% – 14,15/10,95

Плотникова Р.Н. Вестник ВГУИТ, 2020, Т. 82, №. 4, С. 236-241 post@vestnik-vsuet.ru

Таблица 3.

Балансовые расчеты завершающих стадий получения бромсодержащих систем фталатного типа в среде ледяной уксусной кислоты

Table 3.

Balance sheet calculations of the final stages of obtaining bromine-containing phthalate-type systems in glacial acetic acid

Приход \| Income			Расход \| Expenditure
Нейтрализация ׀ Neutralization
Реакционная масса \| Reaction mass	224 г	80,4%	Водная эмульсия бромированных фталатов Water emulsion of brominated phthalates	120 г	38,9%
Водный раствор гидроксида калия с м.д. основного вещества 10% An aqueous solution of potassium hydroxide with a 10% of the substance	60,4 г	19,6%
Вакуумная отгонка ׀ Vacuum distillation
Водная эмульсия бромированных фталатов Water emulsion of brominated phthalates	120 г	100%	Бромированные фталаты, примеси Brominated phthalates, impurities	106 г	88,3%
Фильтрация ׀ Filtration
Бромированные фталаты, примеси Brominated phthalates, impurities	106 г	100%	Бромированные фталаты Brominated phthalates	100 г	94,4%
Потери, г/% ׀ Losses, g/% – 20,04/16,7

Таблица 4.

Балансовые расчеты завершающих стадий получения бромсодержащих систем фталатного типа в спиртовой среде

Table 4.

Balance sheet calculations of the final stages of obtaining bromine-containing phthalate-type systems in an alcoholic medium

Приход \| Income			Расход \| Expenditure
Нейтрализация ׀ Neutralization
Реакционная масса \| Reaction mass	248 г	94,6%	Водная эмульсия бромированных фталатов Water emulsion of brominated phthalates	128 г	48,8%
Водный раствор гидроксида калия с м.д. основного вещества 10% An aqueous solution of potassium hydroxide with a 10% of the substance	14 г	5,4%
Вакуумная отгонка ׀ Vacuum distillation
Водная эмульсия бромированных фталатов Water emulsion of brominated phthalates	128 г	100%	Бромированные фталаты, примеси Brominated phthalates, impurities	107 г	83,5%
Фильтрация ׀ Filtration
Бромированные фталаты, примеси Brominated phthalates, impurities	107 г	100%	Бромированные фталаты Brominated phthalates	99,9 г	83,0%
Потери, г/% ׀ Losses, g/% – 22,35/18,6

Таблица 5.

Балансовые расчеты завершающих стадий получения бромсодержащих систем фталатного типа без растворителя

Анализ материального баланса получения бромсодержащих систем фталатного типа в различных средах свидетельствует о пользе проведения процесса без растворителей (эмульгаторов). Потери целевого продукта в этом случае

составляют 3,3%. Кроме того, продолжительность процесса сокращается с 2,0 до 0,5 часа. Установлено, что большая часть потерь приходится на стадию нейтрализации.

Table 5.

Balance sheet calculations of the final stages of obtaining bromine-containing phthalate-type systems without solvent

Приход \| Coming			Расход \| Expenditure
Нейтрализация ׀ Neutralization
Реакционная масса \| Reaction mass	120 г	95,2%	Водная эмульсия бромированных фталатов Water emulsion of brominated phthalates	124 г	98,4%
Водный раствор гидроксида калия с м.д. основного вещества 10% An aqueous solution of potassium hydroxide with a 10% of the main substance	14 г	5,4%
Вакуумная отгонка ׀ Vacuum distillation
Водная эмульсия бромированных фталатов Water emulsion of brominated phthalates	124 г	100%	Бромированные фталаты, примеси Brominated phthalates, impurities	120 г	96,7%
Фильтрация ׀ Filtration
Бромированные фталаты, примеси Brominated phthalates, impurities	120 г	100%	Бромированные фталаты Brominated phthalates	116 г	96,6%
Потери, г/% ׀ Losses, g/% – 4,1/3,3

Plotnikova R.N. Proceedings of VSUET, 2020, vol. 82, no. 4, pp.

Заключение

Балансовые расчеты процесса очистки бромсодержащих систем фталатного типа в оптимальных условиях, обеспечивающих низкое кислотное число целевого продукта после нейтрализации: температура нейтрализации 315 К,

продолжительность нейтрализации 0,5 ч, концентрация гидроксида калия в водном растворе 11 мас. %, избыток нейтрализующего агента на моль расчетного 2,44 моль/моль, доказали, что ведение процесса без растворителей оказывает положительное влияние как на технологические, так и на экономические показатели.

Список литературы Исследование процесса нейтрализации бромсодержащих систем фталатного типа

Хараев А.М., Бажева Р.Ч., Хараева Р.А., Лукожев Р.В., Инаркиева З.И. Синтез и свойства ненасыщенных блок-сополиэфиркетонов // Пластические массы. 2016. № 1-2. С. 24-27.
ГОСТ 8728-88. Пластификаторы. Технические условия.
Егоров ММ. и др. Влияние технологических параметров получения пластифицированных поливинилбутиральных плёнок на их оптические и физико-механические свойства // Пластические массы. 2019. № 7-8. С. 7-8.
Дудочкина Е.А., Лямкин Д.И., Жемерикин А.Н., Черкашин П.А. Модифицирование структурно-механических свойств высоконаполненных полиолефиновых композиций // Пластические массы. 2016. № 1-2. С. 40-42.
Zekri N., Fareghi-Alamdari R., Khodarahmi Z. Functionalized dicationic ionic liquids: Green and efficient alternatives for catalysts in phthalate plasticizers preparation // Journal of Chemical Sciences. 2016. № 128. P. 1277-1284.
Li F.P. et al. Di(n-butyl) phthalate exposure impairs meiotic competence and development of mouse oocyte // Environmental Pollution. 2019. № 246. P. 597-607.
Bartoszewicz M., Michalska M., Cieszynska-Semenowicz M., Czernych R. et al. The problem of wastewater in shale gas exploitation: The influence of fracturing flowback water on activated sludge at a wastewater treatment plant // Polish Journal of Environmental Studies. 2016. № 25. P. 1839-1845.
Mao J., Zhang C., Yang X., Zhang Z. Investigation on Problems of Wastewater from Hydraulic Fracturing and Their Solutions // Water, Air, and Soil Pollution. 2018. № 229.
Christiansen L.B., Pedersen K.L., Pedersen S.N., Korsgaard B. et al. In vivo comparison of xenoestrogens using rainbow trout vitellogenin induction as a screening system // Environmental Toxicology and Chemistry. 2000. № 19. P. 1867-1874.
Mustafina S. et al. Numerical algorithm for finding optimal initial concentrations of chemical reactions // IIUM Engineering Journal. 2020. № 21. P. 167-174.
Liu T., Myers M. C., Yu J. Q. Copper-Catalyzed Bromination of C (sp3)- H Bonds Distal to Functional Groups // Angewandte Chemie. 2017. V. 129. № 1. P. 312-315.
Sabuzi F. et al. Sustainable bromination of organic compounds: A critical review // Coordination Chemistry Reviews. 2019. V. 385. P. 100-136.
Qu J. et al. Bromination of the Small-Molecule Acceptor with Fixed Position for High-Performance Solar Cells // Chemistry of Materials. 2019. V. 31. № 19. P. 8044-8051.
Warratz S. et al. meta-C- H Bromination on Purine Bases by Heterogeneous Ruthenium Catalysis // Angewandte Chemie International Edition. 2017. V. 56. № 6. P. 1557-1560.
Sathyamoorthi S. et al. Site-selective bromination of sp 3 C-H bonds // Chemical science. 2018. V. 9. № 1. P. 100-104.

Еще