способ получения концентрированного газообразного формальдегида

Формула изобретения

1. Способ получения концентрированного газообразного формальдегида путем парциальной конденсации парогазовой смеси, содержащей формальдегид, воду, метанол и муравьиную кислоту, на поверхности теплопроводящего материала, охлажденного жидкостью через стенку до температуры ниже температуры точки росы парогазовой смеси, с последующим разделением сконденсировавшихся продуктов и газообразного формальдегида, отличающийся тем, что процесс конденсации проводят на поверхности пористого материала с размером пор 0,5 400,0 мкм или на поверхности сетки с диаметром отверстия до 400 мкм при давлении парогазовой смеси, превышающем давление охлаждающей жидкости, обеспечивающем непрерывный вывод сконденсировавшихся продуктов через поры материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конденсацию проводят при перепаде давлений парогазовой смеси и охлаждающей жидкости 0,05 3,0 ата.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют водометанольный раствор формальдегида.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения концентрированного газообразного формальдегида, применяемому для синтеза многочисленных органических соединений на основе мономерного формальдегида, которые широко используются для производства полимерных материалов, таких как карбамидные, фенольные, меламиновые, полиацетальные смолы, а также пленкообразующих и пропитывающих материалов, клеев, изопрена и др.

Формальдегид для этих целей используется сравнительно давно, однако потребность создания более эффективных процессов поставила задачу получения высококонцентрированного газообразного формальдегида, где его содержание по отношению к воде и метанолу составляет 60% и более.

Наиболее эффективным технологическим приемом получения концентрированного формальдегида является парциальная конденсация формальдегидсодержащих паров с последующим отделением конденсата с пониженным содержанием формальдегида. Парциальная конденсация осуществляется в трубках Фильда /1/. Однако выход целевого продукта при этом весьма низок.

Лучший эффект достигается, если в способе получения концентрированного газообразного формальдегида парциальную конденсацию ведут при скорости газовой смеси на входе в аппарат выше 15 м/с и температуре охлаждающей воды 10-15^oC при непрерывном отводе образующегося конденсата. Этот способ, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому, принят нами за прототип /2/. Процесс сводится к тому, что формальдегидсодержащую парогазовую смесь подают внутрь охлаждаемой трубы. Образующийся конденсат (вода, метанол, муравьиная кислота) стекает в виде сплошной пленки по стенкам трубы, а паровая фаза проходит по центру. Внутри трубки одновременно протекают два типа процессов: физические конденсация паров воды, метанола и муравьиной кислоты с образованием жидкой фазы, стекающей в виде пленки, и растворение формальдегида в ней, и химический процесс взаимодействия формальдегида с водой с образованием метиленгликоля. Таким образом, совместное движение паров формальдегида и конденсата по всей длине трубки приводит к повышенному растворению формальдегида и, следовательно, развитию реакции образования метиленгликоля. Кроме того, при указанных скоростях парогазовой смеси на выходе из трубы наблюдается диспергирование жидкой фазы в объеме газа, что затрудняет полное их разделение в газоотделителе. Способ обеспечивает выход газообразного формальдегида на уровне 40%

Задачами предлагаемого способа являются увеличение выхода формальдегида в паровой фазе за счет уменьшения его потерь с конденсатом, упрощение аппаратурного оформления процесса за счет исключения газоотделения.

Поставленные задачи решаются тем, что в способе получения концентрированного газообразного формальдегида путем парциальной конденсации парогазовой смеси, содержащей формальдегид, воду, метанол и муравьиную кислоту, на поверхности теплопроводящего материала, охлаждаемого жидкостью через стенку до температуры ниже точки росы парогазовой смеси с последующим разделением сконденсировавшихся продуктов и газообразного формальдегида, процесс конденсации проводят на поверхности пористого материала при давлении парогазовой смеси, превышающем давление охлаждающей жидкости, обеспечивающем непрерывный вывод сконденсировавшихся продуктов через поры материала. При этом пористый материал имеет размер пор 0,5-400 мкм, причем конденсацию проводят при перепаде давления между парогазовой смесью и охлаждающей жидкостью, равном 0,05-3,0 ата.

В качестве охлаждающей жидкости могут быть применены любые хладагенты, предпочтительно водометанольный раствор формальдегида.

В качестве теплопроводящего материала в данном изобретении могут быть использованы всевозможные ткани из природных и синтетических материалов, металлические сетки с диаметром отверстия порядка до 400 мкм, термически спрессованные металлические порошки, предпочтительно с размером пор от 0,5 до 400 мкм, стеклянные и керамические пористые материалы, полимерные пористые пленки, предпочтительно с размером пор от 0,5 до 400 мкм, например ядерные фильтры, и другие материалы, стойкие к водометанольным растворам, содержащим примеси формальдегида и муравьиной кислоты.

Суть процесса состоит в том, что при пропускании парогазовой смеси, содержащей формальдегид, воду, метанол и муравьиную кислоту, над поверхностью пористого материала, охлажденной до температуры ниже точки росы этой смеси, происходит конденсация паров воды, метанола и муравьиной кислоты, содержащихся в исходной смеси. В результате образуется жидкая фаза конденсат. Конденсат попадает в поры материала, откуда при давлении газовой фазы выше давления охлаждающей жидкости непрерывно вытекает из пор. В используемых пористых материалах расстояние между порами соизмеримо с размером пор и определяется микронами, в результате чего время между образованием жидкой фазы и выходом ее через поры сведено к минимуму.

Известно, что конденсация насыщенных паров на охлажденной поверхности протекает практически мгновенно за 10^-8-10^-9 c. Формальдегид, находящийся в паровой фазе, плохо растворим в воде. Чтобы формальдегид перешел в жидкую фазу, необходимо его превращение в метиленгликоль, для чего требуется время 10^-1-10^-2 c /3,4/. В результате быстрого выведения воды из зоны контакта с паровой фазой, содержащей формальдегид, резко повышается содержание последнего в парах, а воды в жидкой фазе.

Пример 1. Парогазовую смесь, содержащую формальдегида 36,5% метанола 5,6% муравьиной кислоты 0,04% и воды 57,86% пропускают через трубку диаметром 8 мм и длиной 500 мм, изготовленную из пористого листа на основе термически спрессованного порошка никеля со средним диаметром пор 5 мкм. Трубки снаружи охлаждают проточной водой с температурой +11^oC. Давление парогазовой смеси внутри трубки составляет 1,5 ата, а охлаждающей воды снаружи трубки 1,3 ата. На выходе из трубки получена парогазовая смесь состава: формальдегид 78,4% метанол 1,7% муравьиная кислота 0,01% вода - 19,89% Выход формальдегида в паровой фазе составил 81,3% Температура парогазовой смеси на входе в трубку 105^oC, на выходе из трубки - 37^oC.

Пример 1а (контрольный). Парогазовую смесь такого же состава, что в примере 1, пропускают через металлическую трубку с внутренним диаметром 8 мм и длиной 300 мм. Трубку снаружи охлаждают проточной водой с температурой +11^oC. Давление парогазовой смеси внутри трубки составляет 1,5 ата. На выходе из трубки парогазовая смесь с конденсатом поступает в газоотделитель, где разделяется на две фазы. На выходе из газоотделителя парогазовая смесь имеет следующий состав: формальдегид 52,4% метанол 2,3% муравьиная кислота 0,02% вода 45,28% Выход формальдегида в паровой фазе составил 38,2% Температура парогазовой смеси: на входе в трубку 105^oC, на выходе из трубки 44^oC.

В таблице приведены параметры проведения других опытов с использованием пористых материалов и результаты этих опытов (в том числе контрольного примера 1а, выполненного в соответствии с прототипом при скорости газовой смеси на входе в аппарат, равной 20 м/с).

Как видно из представленной таблицы, предложенный способ позволяет повысить выход формальдегида в газовой фазе до 80% что существенно выше выхода, достигаемого в соответствии с прототипом и другими известными ранее способами.

При этом, на что указывалось выше, упрощается аппаратурное оформление процесса за счет отказа от использования газоразделителя.

Литература

1. Патент США N 1871019, НКИ 202-41, опубл. 1932.

2. Авторское свидетельство СССР N 411071, кл. С 07 С 45/82.

3. Огородников С.К. Формальдегид. М. Химия, 1984, с. 140.

4. Ениколопян Н.С. Вольфсон С.А. Химия и технология полиформальдегида. М. Химия, 1968, с. 192-194. ТТТ1