способ гидратации сульфированного сополимера стирола с дивинилбензолом

Формула изобретения

Способ гидратации сульфированного сополимера стирола с дивинилбензолом путем обработки суспензии гранул сополимера серной кислотой со снижающейся концентрацией и последующей промывкой их водой, отличающийся тем, что суспензию гранул сульфированного сополимера стирола с дивинилбензолом в растворе серной кислоты обрабатывают путем пропускания через стационарный слой суспензии сополимера растворов серной кислоты сначала с концентрацией 45 - 60% а затем с концентрацией каждого последующего раствора на 12 18% ниже по отношению к предыдущему раствору.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению сульфокатионитов и касается стадии гидратации катионообменных смол после сульфирования сополимера стирола с 8% дивинилбензола с целью удаления серной кислоты из суспензий, содержащих серную кислоту и сульфированные катиониты.

Известные способы гидратации сульфокатионита основаны на обработке суспензий водой, раствором соли щелочного металла (электролитом) или разбавленной серной кислотой (1-4).

Способы обработки суспензий, содержащей серную кислоту и сульфокатионит, водой не пригодны для промышленного использования, так как большая часть гранул при такой обработке растрескивается (1). Кроме того, при таком способе образуется большое количество отходов в виде разбавленной серной кислоты.

Использование электролитов для проведения процесса гидратации позволяет практически исключить процесс разрушения гранул сульфокатионита (2). Однако такой способ не нашел практического применения из-за сложности технологического процесса, обусловленной необходимостью регенерации электролита.

В промышленной практике гидратацию гранул сульфированного сополимера стирола с дивинбензолом проводят растворами серной кислоты.

Известен способ гидратации гранул сульфированного сополимера стирола с дивинилбензолом серной кислотой с концентрацией, уменьшающейся с течением времени (3). Процесс проводится противотоком в каскаде реакторов. Растворы кислоты подают в первый реактор, а вытекающий поток направляют в следующий реактор.

Недостатками способа являются большое количество разрушенных гранул (более 6%) и большая продолжительность процесса до 14 ч.

Известен способ, выбранный в качестве прототипа, который обеспечивает снижение количества разрушенных гранул катионита до 1,8% Согласно способу суспензию сульфокатионита сначала разбавляют 80%-ной серной кислотой до 85% -ной концентрации кислоты. Затем в реактор при перемешивании непрерывно в течение 10 ч подают серную кислоту, концентрация которой на входе постоянно снижается от исходной до 3% за счет непрерывного смешивания исходной кислоты с водой. При этом концентрация серной кислоты в суспензии снижается до 8% После этого осуществляют промывку гранул водой в течение 2 ч до концентрации серной кислоты в суспензии 0,6% (4).

Недостатком способа является его продолжительность до 12 ч и значительное количество отходов в виде разбавленных растворов серной кислоты различной концентрации (65 8%), квалифицированная утилизация которых невозможна, и остается только способ нейтрализации этих растворов щелочью, что приводит к безвозвратной потере серной кислоты. Кроме того, для осуществления способа необходимо использовать оборудование с перемешивающими элементами, которые при наличии агрессивной среды часто выходят из строя и требуют замены.

Технической задачей изобретения является ускорение процесса и снижение отходов.

Техническая задача решается тем, что в способе гидратации сульфированного сополимера стирола с 8% дивинилбензола путем обработки суспензии гранул сополимера серной кислотой со снижающейся концентрацией и последующей промывкой их водой суспензию гранул сульфированного сополимера стирола с дивинилбензолом в растворе серной кислоты обрабатывают путем пропускания через стационарный слой суспензии раствора серной кислоты сначала с концентрацией 45-60% а затем с концентрацией каждого последующего раствора на 12-18% ниже по отношению к предыдущему раствору.

При обработке без перемешивания гранул 45-60%-ной серной кислотой за счет массообмена внутригранульная кислота диффундирует наружу и гранулы всплывают в вышележащие и менее концентрированные слои серной кислоты. Происходит естественное разделение системы по плотности обеих фаз. При этом разность концентраций между внешней и внутригранульной кислотой устанавливается такой, что не происходит разрушения гранул.

Повышение концентрации серной кислоты при первичной обработке более 60% приводит к снижению степени гидратации. При снижении начальной концентрации ниже 45% плотности гранул и кислоты в равновесном состоянии становятся близкими, гранулы всплывают медленно и производительность процесса на этой стадии резко снижается.

Использование для последующей обработки гранул серной кислоты с концентрацией ниже на 12-18% по сравнению с кислотой, используемой на предыдущей стадии, обеспечивает высокую производительность процесса при сохранении гранул от разрушения. Если перепад концентрации серной кислоты составляет более 18% происходит разрушение гранул, а если менее 12% снижается производительность процесса.

Предлагаемый способ позволяет ограничиться 3-4-мя растворами серной кислоты и снизить количество отходов. В предлагаемом способе отходом является только серная кислота с концентрацией 85-90% получаемая от первой обработки. После укрепления эта кислота используется на стадии сульфирования.

Растворы серной кислоты, полученные после последующих обработок, возвращаются на гидратацию.

Дополнительным преимуществом предлагаемого способа является использование оборудования без принудительного перемешивания. Это позволяет исключить разрушение гранул за счет механического воздействия на них со стороны перемешивающих элементов, с одной стороны, с другой стороны, приводит к упрощению конструкции гидрататора и увеличению срока его работы.

В предлагаемом способе используют сульфированный сополимер стирола с 8% дивинилбензола, выпускаемый по ТУ 6-05-1811-83 "Сополимер стирола с 8% дивинилбензола".

Пример 1. В верхнюю часть вертикального гидрататора с объемом 4 м³, заполненного суспензией из гранул сульфированного сополимера стирола с 8% дивинилбензола (сульфокатионита) и серной кислоты с концентрацией 88-92% подают со скоростью 1,5 м³/ч 50%-ный раствор серной кислоты в течение 1,3 ч.

За счет массообмена внутригранульная кислота диффундирует наружу и гранулы всплывают в вышележащие и менее концентрированные слои серной кислоты. Процесс осуществляют без принудительного перемешивания. Из нижней части гидрататора непрерывно отводят 85-90%-ный раствор серной кислоты, которая направляется на укрепление и возвращается на стадию сульфирования.

Затем в верхнюю часть гидрататора подают 36%-ный раствор серной кислоты со скоростью 2 м³/ч. Серная кислота, одновременно выводимая из нижней части гидрататора, направляется в емкость для хранения серной кислоты с концентрацией 45-60%

Через 20 мин в верхнюю часть гидрататора начинают подачу 18%-ного раствора серной кислоты со скоростью 2 м³/ч в течение 20 мин. Серная кислота, выводимая из нижней части гидрататора, подается в емкость для хранения серной кислоты с концентрацией 33-38%

Затем в верхнюю часть гидрататора подают воду со скоростью 2 м³/ч до pH вытекающей из гидрататора воды, равного 2-3.

Общее время гидратации составило 4 ч. Полученные растворы серной кислоты используют для гидратации следующей порции сульфокатионита.

Отход производства: 85% -ная серная кислота в количестве 1,5 т и 2 м³ кислых промывных вод на 1 т готового продукта.

Характеристика процесса и готового сульфокатионита приведена в таблице.

Пример 2. Гидратацию осуществляют согласно примеру 1, но обработку гранул серной кислотой осуществляют по следующему режиму:

1,4 ч 50%-ным раствором серной кислоты;

20 мин 37%-ным раствором серной кислоты;

20 мин 22%-ным раствором серной кислоты.

Характеристика процесса и готового сульфокатионита приведена в таблице.

Пример 3. Гидратацию проводят согласно примеру 1, но обработку гранул серной кислотой осуществляют согласно следующему режиму:

1,5 ч 60%-ным раствором серной кислоты;

30 мин 42%-ным раствором серной кислоты;

30 мин 24%-ным раствором серной кислоты;

30 мин 8%-ным раствором серной кислоты,

при этом кислоту, выводимую из нижней части гидрататора, подают в емкость для хранения 9-10%-ной серной кислоты.

Общее время гидратации 5 ч.

Характеристика процесса и готового сульфокатионита приведена в таблице.

Пример 4. Гидратацию осуществляют согласно примеру 1, но обработку суспензии гранул сульфокатионита осуществляют по следующему режиму:

1,5 ч 45%-ным раствором;

30 мин 33%-ным раствором;

30 мин 20%-ным раствором;

30 мин 8%-ным раствором.

Характеристика процесса и готового продукта приведена в таблице.

Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ обеспечивает получение качественного катионита, при этом процент разрушенных гранул находится на уровне известного способа по прототипу, а продолжительность процесса снижена в 2,4-3 раза.