RU2601916C1

RU2601916C1 - Method of controlling re-esterification reaction during production of alkyd varnish

Info

Publication number: RU2601916C1
Application number: RU2015146233/15A
Authority: RU
Inventors: Сергей Антонович Дубовик; Евгений Иванович Козлов; Николай Сергеевич Дубовик; Дарья Сергеевна Матяс; Иво Василев Иванов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Ямщик" (ООО "Ямщик")
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2016-11-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to measurement of electric conductivity of liquid media and can be used in chemical and paint industry. Method includes heating a working mixture to temperature of 240-245 °C, wherein monitoring of reaction is carried out by continuous measurement of current values of electrical conductivity of reaction mixture in process of heating by passing through reaction mixture an electric current using built into process pipeline electrodes, wherein maximum conductivity of mixture, not varying during holding, means end of re-esterification reaction.

EFFECT: higher safety of process and electrical power saving.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерения электропроводности жидких сред и может быть использовано в химической, лакокрасочной и др. отраслях промышленности, в частности для контроля протекания реакции переэтерификации в процессе производства алкидных лаков.The present invention relates to the field of measuring the electrical conductivity of liquid media and can be used in chemical, paint and varnish and other industries, in particular for monitoring the progress of the transesterification reaction in the production of alkyd varnishes.

Из уровня техники известны публикации исследований электропроводности различных материалов.The prior art publication of studies of the conductivity of various materials.

Измерения в промышленности: справочник, изд. в 3-х кн. Кн. 3. Способы измерения и аппаратура. (Пер. с нем. под ред. Профоса П.М. М., Металлургия, 1990 г., стр. 169-171), а.с. РФ №1664030 А1, кл. G01R 27/26, 1989 г., Способ определения удельной электропроводности жидкости. Известны устройства для измерения электропроводности и электрического сопротивления жидких сред: пат. РФ №2490651 С2, кл. G01R 27/00, 2011 г., Ячейка для измерения электрической проводимости жидкости; пат. РФ №2491538 С1, кл. G01N 27/06, 2012 г., Контактный датчик удельной электрической проводимости жидкости; а.с. СССР №1221569, кл. G01N 27/02 1986 г. Устройство для измерения электропроводности водных растворов, а.с. СССР №2105317, кл. G01R 27/22, G01N 27/02, 18.09.1992 г. Устройство для измерения удельного электрического сопротивления жидких сред.Measurements in Industry: Handbook, ed. in 3 kn. Prince 3. Measurement methods and equipment. (Translated from German under the editorship of Profos P.M. M., Metallurgy, 1990, pp. 169-171), A.S. RF №1664030 A1, class G01R 27/26, 1989, Method for determining the electrical conductivity of a liquid. Known devices for measuring electrical conductivity and electrical resistance of liquid media: US Pat. RF №2490651 C2, cl. G01R 27/00, 2011, Cell for measuring the electrical conductivity of a liquid; US Pat. RF №2491538 C1, cl. G01N 27/06, 2012, Contact sensor for electrical conductivity of a liquid; A.S. USSR No. 1221569, class G01N 27/02 1986 A device for measuring the electrical conductivity of aqueous solutions, and.with. USSR No. 2105317, cl. G01R 27/22, G01N 27/02, September 18, 1992. A device for measuring the electrical resistivity of liquid media.

Известно достаточно много устройств для измерения электропроводности, но применение свойств электропроводности в промышленности выявлено мало. Известен, например, Способ измерения уровня электропроводной жидкости, а.с. СССР №520943, кл. G01F 23/24, 1972 г.A lot of devices are known for measuring electrical conductivity, but the application of the properties of electrical conductivity in industry has been identified little. Known, for example, a Method of measuring the level of conductive fluid, and.with. USSR No. 520943, class G01F 23/24, 1972

Применение свойств электропроводности в химическом синтезе, в частности в процессе производства алкидных лаков, в результате патентного поиска обнаружить не удалось.The application of the properties of electrical conductivity in chemical synthesis, in particular in the production of alkyd varnishes, as a result of a patent search could not be found.

В настоящее время в соответствии с «Технологическим регламентом производства алкидных полуфабрикатных лаков марок ПФ-060, ПФ-053, ГФ-046», ТУ 2311-018-73230535-2013, TP-1-001-2013 (прототип), процесс стадии переэтерификации проводится следующим образом: в реактор загружают рецептурное количество растительного масла и глицерина, затем производят нагрев смеси при включенной мешалке. При достижении температуры 90-100°C производят загрузку раздробленной канифоли и продолжают нагревать массу до достижения температуры 240-245°C. Выдерживают реакционную массу при данной температуре до завершения реакции переэтерификации, о чем судят по растворимости пробы в этиловом спирте в соотношении 1:3 по объему. Первую пробу берут через 1 час выдержки, далее через каждые 0,5 часа. Процесс переэтерификации считается законченным, если раствор пробы в 3-кратном количестве этилового спирта является прозрачным. Если через 3 часа выдержки растворимость в 3-кратном количестве этилового спирта не достигается, но проба полностью растворяется в соотношении 1:1, процесс переэтерификации можно считать законченным.Currently, in accordance with the "Technological regulations for the production of alkyd prefabricated varnishes of the grades PF-060, PF-053, GF-046", TU 2311-018-73230535-2013, TP-1-001-2013 (prototype), the process of transesterification stage is carried out as follows: a prescription amount of vegetable oil and glycerin is loaded into the reactor, then the mixture is heated with the stirrer turned on. Upon reaching a temperature of 90-100 ° C, the crushed rosin is loaded and the mass is continued to heat until a temperature of 240-245 ° C is reached. The reaction mass is held at this temperature until the transesterification reaction is completed, as judged by the solubility of the sample in ethanol in a ratio of 1: 3 by volume. The first sample is taken after 1 hour of exposure, then every 0.5 hours. The transesterification process is considered complete if the sample solution in 3x ethanol is clear. If after 3 hours of exposure the solubility in 3 times the amount of ethyl alcohol is not achieved, but the sample is completely dissolved in a 1: 1 ratio, the transesterification process can be considered complete.

В известном способе контроль за ходом протекания процесса представляет собой определенные трудности, так как необходимо часто отбирать пробы, а температура рабочей смеси в момент отбора пробы составляет 240-245°С. Необходимо охлаждать пробу до 20°С и только потом растворять в спирте, а это требует затрат времени, за которое реакция продолжается.In the known method, monitoring the progress of the process presents certain difficulties, since it is often necessary to take samples, and the temperature of the working mixture at the time of sampling is 240-245 ° C. It is necessary to cool the sample to 20 ° C and only then dissolve in alcohol, and this requires a investment of time for which the reaction continues.

Недостатками существующего способа контроля за ходом реакции процесса переэтерификации является необходимость частого отбора проб, что само по себе достаточно опасно, поскольку температура проб равна 240-245°С, требует больших затрат времени и энергии на подготовку проб к анализу, для охлаждения их до температуры 20°С.The disadvantages of the existing method for monitoring the progress of the transesterification process are the need for frequent sampling, which is quite dangerous in itself, since the temperature of the samples is 240-245 ° C, it requires a lot of time and energy to prepare the samples for analysis, to cool them to a temperature of 20 ° C.

Задачей, стоящей перед изобретением, является создание безопасного, быстродействующего, энергомалозатратного способа контроля.The challenge facing the invention is the creation of a safe, fast-acting, energy-saving control method.

Поставленная задача решается за счет постоянного измерения электропроводности рабочей смеси в процессе нагрева путем пропускания через нее электрического тока с помощью встроенных в технологический трубопровод электродов.The problem is solved by constantly measuring the conductivity of the working mixture during heating by passing electric current through it using the electrodes built into the process pipe.

Сущностью предлагаемого изобретения является то, что в процессе образования новых химических веществ применяют измерение изменения электропроводности исходной смеси. Известно, что различные жидкости имеют разную электропроводность. Так, например, масла минеральные и растительные не проводят электрический ток, имеют очень высокое электрическое сопротивление, являются изоляторами, а растворы солей натрия или калия в воде или раствор серной кислоты в воде очень хорошо проводят электрический ток. Это явление положено в основу заявки способа контроля протекания реакции переэтерификации растительных масел в процессе производства алкидных лаков. Измерения показали, что исходная смесь имеет электропроводность 4,08 мА, затем после достижения 200°С (начало реакции переэтерификации) электропроводность начинает расти, при температуре 230°С показания равны 5,4 мА, температура рабочей смеси доводится до рабочей температуры 240°-245°С и дается выдержка при этой температуре, в течение которой электропроводность рабочей смеси увеличивается до 11,0 мА и дальнейшего увеличения ее не наблюдается.The essence of the invention is that in the process of formation of new chemicals, a measurement of the change in the electrical conductivity of the initial mixture is used. It is known that different liquids have different electrical conductivity. So, for example, mineral and vegetable oils do not conduct electric current, have a very high electrical resistance, are insulators, and solutions of sodium or potassium salts in water or a solution of sulfuric acid in water conduct electric current very well. This phenomenon underlies the application of a method for controlling the progress of the transesterification reaction of vegetable oils in the production of alkyd varnishes. Measurements showed that the initial mixture has a conductivity of 4.08 mA, then after reaching 200 ° C (the beginning of the transesterification reaction), the conductivity begins to increase, at a temperature of 230 ° C the readings are 5.4 mA, the temperature of the working mixture is brought to a working temperature of 240 ° - 245 ° C and is held at this temperature, during which the conductivity of the working mixture increases to 11.0 mA and its further increase is not observed.

Преимущество данного способа контроля за реакцией переэтерификации состоит в том, что нет необходимости измерять абсолютные величины электропроводности рабочей смеси. На величину электропроводности рабочей смеси влияют несколько факторов: а) уровень температуры; б) тип рабочей смеси; в) неоднородность рабочей смеси; г) расстояние между измерительными электродами; д) сечение измерительной трубы; е) материал измерительных электродов; ж) загрязнение измерительных электродов. Для предложенного способа контроля нет необходимости учитывать все эти факторы. Достаточно лишь следить за изменением электропроводности во время выдержки при заданной рабочей температуре и по достижении максимума можно считать реакцию завершенной. Отпадает необходимость частого отбора проб и их анализа, что значительно повышает безопасность ведения процесса, учитывая, что каждая проба имеет температуру 240-245°С.The advantage of this method of controlling the transesterification reaction is that there is no need to measure the absolute values of the electrical conductivity of the working mixture. The conductivity of the working mixture is influenced by several factors: a) temperature level; b) the type of working mixture; c) heterogeneity of the working mixture; d) the distance between the measuring electrodes; d) the cross section of the measuring tube; e) the material of the measuring electrodes; g) contamination of the measuring electrodes. For the proposed control method, there is no need to consider all these factors. It is enough to just monitor the change in electrical conductivity during exposure at a given operating temperature and when the maximum is reached, the reaction can be considered complete. There is no need for frequent sampling and analysis, which significantly increases the safety of the process, given that each sample has a temperature of 240-245 ° C.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется графическим изображением, где показана зависимость электропроводности от времени реакции и температуры.The present invention is illustrated in graphical form, which shows the dependence of electrical conductivity on reaction time and temperature.

На горизонтальной оси показано изменение температуры рабочей смеси в течение времени. В течение нагрева рабочей смеси реакции переэтерификации не происходит и электропроводность остается неизменной и равной 4,08 мА. При 200°С начинается реакция переэтерификации и электропроводность начинает расти. Нагрев продолжается до 240-245°С и вместе с нагревом увеличивается накопление продуктов реакции - моно- и диглицеридов и, как следствие, увеличивается электропроводность, значения которой приведены на вертикальной оси. Как показано на графике, температура рабочей смеси достигает 240°-245°С, затем следует выдержка. За время выдержки электропроводность рабочей смеси достигает значения 11,0 мА и дальнейшего роста не наблюдается.The horizontal axis shows the temperature change of the working mixture over time. During the heating of the working mixture, the transesterification reaction does not occur and the electrical conductivity remains unchanged at 4.08 mA. At 200 ° C, the transesterification reaction begins and the electrical conductivity begins to increase. Heating continues to 240-245 ° C and, along with heating, the accumulation of reaction products — mono- and diglycerides — increases and, as a result, the conductivity increases, the values of which are given on the vertical axis. As shown in the graph, the temperature of the working mixture reaches 240 ° -245 ° C, followed by exposure. During the exposure time, the conductivity of the working mixture reaches 11.0 mA and no further growth is observed.

Предлагаемый способ контроля за реакцией переэтерификации осуществляется следующим образом.The proposed method for monitoring the transesterification reaction is as follows.

В реактор загружают рецептурное количество растительного масла и глицерина и производят нагрев смеси до температуры 90-100°С, затем загружают раздробленную канифоль и продолжают нагрев до температуры 240-245°С. По достижении температуры 240-245°С делается выдержка. В течение нагрева измеряют электропроводность рабочей смеси. Измерения электропроводности производят следующим образом: в технологический трубопровод, по которому движется реакционная смесь, встроен электрод (вторым электродом служит сам трубопровод). На электроды подается стабилизированное постоянное напряжение и подключается измерительный прибор - миллиамперметр. По мере протекания реакции изменение электропроводности отражается на шкале миллиамперметра. В начальной стадии после загрузки и до достижения рабочей смесью температуры 200°С электропроводность остается неизменной и равна 4,08 мА. Смесь глицерина, канифоли и растительного масла практически не проводит электрический ток. По мере протекания реакции переэтерификации электропроводность смеси начинает расти, достигает максимума, равного 11,0 мА, и не изменяется при выдержке при температуре 240°-245°С в течение 10-15 мин (на графике измерения это выражается в виде выхода на плато), что может служить сигналом окончания реакции. Для того чтобы убедиться, что реакция прошла в полном объеме и процесс переэтерификации можно считать законченным, проводятся контрольные лабораторные анализы в соответствии с регламентом.A prescription amount of vegetable oil and glycerin is loaded into the reactor and the mixture is heated to a temperature of 90-100 ° C, then crushed rosin is loaded and heating is continued to a temperature of 240-245 ° C. Upon reaching a temperature of 240-245 ° C is an exposure. During heating, the conductivity of the working mixture is measured. Conductivity measurements are carried out as follows: an electrode is built into the process pipe through which the reaction mixture moves (the pipe itself serves as the second electrode). A stabilized constant voltage is applied to the electrodes and a measuring device, a milliammeter, is connected. As the reaction proceeds, the change in electrical conductivity is reflected on the milliammeter scale. In the initial stage, after loading and until the working mixture reaches a temperature of 200 ° C, the electrical conductivity remains unchanged at 4.08 mA. A mixture of glycerin, rosin and vegetable oil practically does not conduct electric current. As the transesterification reaction proceeds, the electrical conductivity of the mixture begins to increase, reaches a maximum of 11.0 mA, and does not change when holding at a temperature of 240 ° -245 ° C for 10-15 minutes (on the measurement graph this is expressed as a plateau exit) , which can serve as a signal of the end of the reaction. In order to make sure that the reaction took place in full and the transesterification process can be considered completed, control laboratory tests are carried out in accordance with the regulations.

Технический результат от использования предложенного способа контроля реакции переэтерификации измерением электропроводности рабочей смеси заключается в том, что способ позволяет отказаться от отбора проб и выполнения промежуточных анализов, сделать контроль комфортным и безопасным, позволяет отслеживать момент завершения реакции переэтерификации, что повышает безопасность ведения процесса, и способствует экономии электроэнергии.The technical result of using the proposed method for controlling the transesterification reaction by measuring the electrical conductivity of the working mixture is that the method allows you to refuse to take samples and perform intermediate analyzes, make the control comfortable and safe, allows you to track the moment of completion of the transesterification reaction, which increases the safety of the process, and contributes to energy saving.

Таким образом, поставленная задача решена.Thus, the task is solved.

Claims

A method for monitoring the progress of the transesterification reaction in the production of alkyd varnishes, including heating the working mixture to a temperature of 240-245 ° C, characterized in that the reaction is monitored by continuously measuring the current conductivity of the reaction mixture during heating by passing an electric current through the reaction mixture with the help of electrodes integrated in the technological pipeline, while achieving the maximum value of the electrical conductivity of the mixture, which does not change during a shutter speed means the end of the transesterification reaction.