RU2702571C1 - Method of producing a composition for treating cellulose and paper products and a device for carrying out said method - Google Patents
Method of producing a composition for treating cellulose and paper products and a device for carrying out said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702571C1 RU2702571C1 RU2018134350A RU2018134350A RU2702571C1 RU 2702571 C1 RU2702571 C1 RU 2702571C1 RU 2018134350 A RU2018134350 A RU 2018134350A RU 2018134350 A RU2018134350 A RU 2018134350A RU 2702571 C1 RU2702571 C1 RU 2702571C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnesium
- alcohol
- alcoholate
- suspension
- magnesium alcoholate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K15/00—Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change
- C09K15/04—Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change containing organic compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H25/00—After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
- D21H25/18—After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00 of old paper as in books, documents, e.g. restoring
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения реагента для обработки бумаги и изделий из бумаги с целью замедления их старения. Старение бумаги выражается в снижении механической прочности и изменении цвета и вызвано химическими изменениями в структуре бумаги. Одним из основных процессов, протекающих при старении бумаги, является катализируемая кислотами гидролитическая деструкция, протекающая в присутствии влаги, адсорбированной из воздуха. Современная бумага большинства видов содержит повышенное количество кислотных групп в структуре полимерной цепи. Кислотные агенты могут содержаться в составе бумаги в результате обработки целлюлозно-бумажного сырья различными модификаторами. Кроме того, в процессе хранения бумага активно поглощает из загрязненного воздуха диоксид серы, оксиды азота, диоксид углерода, озон. Окислительные процессы приводят к укорочению полимерных цепей, а также увеличивают кислотность бумаги. Таким образом, старение бумаги является автокаталитическим процессом и может ускоряться с течением времени. Основные методы борьбы со старением бумаги связаны с поисками способов снижения кислотности бумаги.The invention relates to methods for producing a reagent for processing paper and paper products to slow their aging. Aging of the paper is expressed in a decrease in mechanical strength and a change in color and is caused by chemical changes in the structure of the paper. One of the main processes that occur during paper aging is acid-catalyzed hydrolytic destruction, which occurs in the presence of moisture adsorbed from air. Modern paper of most types contains an increased amount of acid groups in the structure of the polymer chain. Acidic agents can be contained in the paper as a result of processing pulp and paper raw materials with various modifiers. In addition, during storage, paper actively absorbs sulfur dioxide, nitrogen oxides, carbon dioxide, and ozone from polluted air. Oxidative processes lead to the shortening of polymer chains, and also increase the acidity of the paper. Thus, aging paper is an autocatalytic process and can accelerate over time. The main methods to combat paper aging are associated with the search for ways to reduce the acidity of paper.
Для снижения кислотности бумаги используют различные реагенты с высоким показателем рН, способные нейтрализовать кислотные группы в бумаге, а также сформировать запас нейтрализующего агента (щелочной резерв) для предотвращения дальнейшей гидролитической деструкции. Первые применяемые технологии предполагали ручную обработку изделий из бумаги и использование водных растворов оснований и солей щелочноземельных металлов. Такие процессы были трудоемки и малопроизводительны. Более современные технологии предполагают использование щелочных регентов, растворенных или диспергированных в быстро испаряющихся неводных средах (летучие органические растворители). Такие реагенты обеспечивают быстрое высыхание объекта после обработки.To reduce the acidity of the paper, various reagents with a high pH are used that can neutralize the acid groups in the paper, as well as form a reserve of a neutralizing agent (alkaline reserve) to prevent further hydrolytic destruction. The first technologies used involved the manual processing of paper products and the use of aqueous solutions of bases and alkaline earth metal salts. Such processes were laborious and inefficient. More modern technologies involve the use of alkaline reagents, dissolved or dispersed in rapidly evaporating non-aqueous media (volatile organic solvents). Such reagents provide quick drying of the object after processing.
Широкое распространение получили методы обработки книг, основанные на использовании алкоголятов магния в смеси спиртов и фторированных углеводородов. Данный подход является масштабируемым, в результате чего возможна обработка нескольких сотен книг за один цикл. Галогеналканы быстро испаряются, минимизируя влияние растворителя на бумагу и чернила. Реагент на основе алкоголятов магния обеспечивает высокий щелочной резерв. Концентрация алкоголята в спирте составляет порядка 5-20%. Для обработки книг раствор алкоголята магния в спирте диспергируется в хлорфторуглеводородах, таких как трихлорфторметан или дихлордифторметан, до конечной концентрации алкоголята магния 1-3%.Book processing methods based on the use of magnesium alcoholates in a mixture of alcohols and fluorinated hydrocarbons are widely used. This approach is scalable, as a result of which it is possible to process several hundred books in one cycle. Halogen alkanes evaporate quickly, minimizing the effects of solvent on paper and ink. Magnesium alcoholate reagent provides a high alkaline reserve. The alcoholate concentration in alcohol is about 5-20%. To process books, a solution of magnesium alcoholate in alcohol is dispersed in chlorofluorocarbons, such as trichlorofluoromethane or dichlorodifluoromethane, to a final concentration of magnesium alcoholate of 1-3%.
Алкоксиды металлов II и III групп получают взаимодействием металлов со спиртами при температуре 100-200°С (пат. № US 3920713 от 1975, US 6676856 от 2004, US 3657361 от 1972). Использование алкоголятов магния в соответствующих спиртах характеризуется некоторыми особенностями. Большинство алкоголятов магния нерастворимы в соответствующих спиртах, а также подвержены гидролизу даже в присутствии следов влаги, что осложняет длительное хранение реагента и усложняет технологию обработки книг, особенно в случае обработки спреем или кистью (пат. № US 3676182, 1972).Alkoxides of metals of groups II and III are obtained by the interaction of metals with alcohols at a temperature of 100-200 ° C (US Pat. No. US 3920713 from 1975, US 6676856 from 2004, US 3657361 from 1972). The use of magnesium alcoholates in the corresponding alcohols is characterized by some features. Most magnesium alcoholates are insoluble in the corresponding alcohols, and are also hydrolyzed even in the presence of traces of moisture, which complicates the long-term storage of the reagent and complicates the processing of books, especially in the case of spraying or brushing (US Pat. No. US 3,676182, 1972).
Более устойчивыми являются реагенты на основе карбонизированных алкоголятов магния. Алкилкарбонатыалкоксимагниярастворимы в соответствующих спиртах, из которых были получены. Синтез осуществляют растворением предварительно синтезированного алкоголята магния в спирте путем насыщения его диоксидом углерода, в результате чего образуется гомогенный раствор.More stable are reagents based on carbonated magnesium alcoholates. Alkyl carbonates alkoxy magnesium are soluble in the corresponding alcohols from which they were obtained. The synthesis is carried out by dissolving the previously synthesized magnesium alcoholate in alcohol by saturating it with carbon dioxide, resulting in a homogeneous solution.
Известен способ получения композиции для обработки целлюлозно-бумажной продукции, заключающийся в получении карбонизированного алкоголята магния путем проведения реакции металлического магния с метанолом или этанолом, последующего растворения образовавшегося осадка алкоголята магния при контактировании реакционной смеси с диоксидом углерода, и смешения полученного гомогенного раствора с фторзамещенными или хлорфторзамещенными углеводородами (пат. № СА 2142195, 1996).A known method of obtaining a composition for the treatment of pulp and paper products, which consists in obtaining carbonated magnesium alcoholate by reacting magnesium metal with methanol or ethanol, subsequently dissolving the precipitate of magnesium alcoholate by contacting the reaction mixture with carbon dioxide, and mixing the resulting homogeneous solution with fluorine-substituted or chlorofluoro-substituted hydrocarbons (US Pat. No. CA 2142195, 1996).
Недостатками способа являются большие затраты времени на осуществление процесса получения композиции в периодическом режиме, необходимость последовательного выдерживания температурного режима на разных стадиях процесса, что приводит к дополнительным затратам времени и энергии, а также большие затраты ручного труда и сложность автоматизации процесса. Кроме того, получаемый продукт загрязняется непрореагировавшими частицами магния, что приводит к необходимости его тщательной очистки.The disadvantages of the method are the large time spent on the process of obtaining the composition in a batch mode, the need to sequentially maintain the temperature at different stages of the process, which leads to additional costs of time and energy, as well as the high cost of manual labor and the complexity of automation of the process. In addition, the resulting product is contaminated with unreacted magnesium particles, which leads to the need for thorough cleaning.
Другой вариант получения карбонизированных алкоголятов магния, описанный в патенте US 4318963, 1982 предполагает растворение сухого порошка алкоголята магния в спирте с введением в реакционную систему диоксида углерода под давлением 150 кПа. При необходимости получающиеся растворы очищаются путем фильтрования.Another embodiment for producing carbonated magnesium alcoholates described in US Pat. No. 4,318,963, 1982 involves dissolving a dry powder of magnesium alcoholate in alcohol with the introduction of carbon dioxide into the reaction system under a pressure of 150 kPa. If necessary, the resulting solutions are purified by filtration.
Недостатками способа являются большие затраты времени на осуществление процесса получения композиции в периодическом режиме, необходимость последовательного выдерживания температурного режима на разных стадиях процесса, что приводит к дополнительным затратам времени и энергии, а также большие затраты ручного труда и сложность автоматизации процесса. Кроме того, получаемый продукт загрязняется непрореагировавшими частицами магния, что приводит к необходимости его тщательной очистки.The disadvantages of the method are the large time spent on the process of obtaining the composition in a batch mode, the need to sequentially maintain the temperature at different stages of the process, which leads to additional costs of time and energy, as well as the high cost of manual labor and the complexity of automation of the process. In addition, the resulting product is contaminated with unreacted magnesium particles, which leads to the need for thorough cleaning.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, описанный в патенте US 20040194902, 2004 авторы которого предлагают получать карбонизированный пропилат магния путем взаимодействия суспензии пропилата магния с диоксидом углерода. Карбонизированный н-пропилат магния (CH3CH2CH2O)2MgOCO представляет собой белое кристаллическое вещество, растворимое в безводном н-пропаноле, а также в других растворителях средней полярности. При воздействии воды или влажного воздуха карбонизированный н-пропилат магния гидролизуется с выделением карбоната магния, гидроксида магния (или основного карбоната магния) и н-пропанола в соответствии с уравнениями реакций:Closest to the proposed technical solution is the method described in patent US 20040194902, 2004, the authors of which propose to obtain carbonated magnesium propylate by reacting a suspension of magnesium propylate with carbon dioxide. Carbonated Magnesium n-propylate (CH 3 CH 2 CH 2 O) 2 MgOCO is a white crystalline substance soluble in anhydrous n-propanol, as well as in other solvents of medium polarity. When exposed to water or humid air, carbonated magnesium n-propylate is hydrolyzed to produce magnesium carbonate, magnesium hydroxide (or basic magnesium carbonate) and n-propanol in accordance with the reaction equations:
2(CH3CH2CH2O)2MgOCO+3H2O→Mg(OH)2+MgCO3+CO2+4СН3СН2СН2ОН2 (CH 3 CH 2 CH 2 O) 2 MgOCO + 3H 2 O → Mg (OH) 2 + MgCO 3 + CO 2 + 4CH 3 CH 2 CH 2 OH
илиor
5(CH3CH2CH2O)2MgOCO+11H2O→(MgCO3)4⋅Mg(OH)2⋅5H2O+CO2+10СН3СН2СН2ОН.5 (CH 3 CH 2 CH 2 O) 2 MgOCO + 11H 2 O → (MgCO 3 ) 4 ⋅ Mg (OH) 2 ⋅ 5H 2 O + CO 2 + 10CH 3 CH 2 CH 2 OH.
Карбонизированный н-пропилат магния активно взаимодействует с кислотами с выделением диоксида углерода и н-пропанола и образованием солей магния в соответствии в с уравнением реакции:Carbonated n-propylate of magnesium actively interacts with acids with the release of carbon dioxide and n-propanol and the formation of magnesium salts in accordance with the reaction equation:
(CH3CH2CH2O)2MgOCO+2Н+→Mg2++CO2+2СН3СН2СН2ОН.(CH 3 CH 2 CH 2 O) 2 MgOCO + 2H + → Mg 2+ + CO 2 + 2CH 3 CH 2 CH 2 OH.
Спиртовой раствор карбонизированного пропилата магния, разбавленный гептафторпропаном перед применением, является одним из наиболее эффективных и востребованных реагентов для снижения кислотности бумаги.An alcoholic solution of carbonated magnesium propylate, diluted with heptafluoropropane before use, is one of the most effective and popular reagents to reduce the acidity of paper.
Недостатками способа являются большие затраты времени на осуществление процесса получения композиции в периодическом режиме, необходимость последовательного выдерживания температурного режима на разных стадиях процесса, что приводит к дополнительным затратам времени и энергии, а также большие затраты ручного труда и сложность автоматизации процесса. Кроме того, получаемый продукт загрязняется непрореагировавшими частицами магния, что приводит к необходимости его тщательной очистки.The disadvantages of the method are the large time spent on the process of obtaining the composition in a batch mode, the need to sequentially maintain the temperature at different stages of the process, which leads to additional costs of time and energy, as well as the high cost of manual labor and the complexity of automation of the process. In addition, the resulting product is contaminated with unreacted magnesium particles, which leads to the need for thorough cleaning.
Техническая проблема настоящего изобретения заключается в повышении эффективности способа получения реагента для снижения кислотности бумаги на основе карбонизированного алкоголята магния или других алкоксидов магния с предотвращением загрязнения целевого продукта частицами непрореагировавшего магния.The technical problem of the present invention is to increase the efficiency of the method of obtaining a reagent to reduce the acidity of paper based on carbonized magnesium alcoholate or other magnesium alkoxides with the prevention of contamination of the target product with particles of unreacted magnesium.
Указанная техническая проблема решается описываемым способом получения композиции для обработки целлюлозно-бумажной продукции в устройстве непрерывного или полунепрерывного действия, состоящего из емкости для получения алкоголята магния, разделенной на секции для фракционирования продуктов и реагентов по размерам частиц, емкости для концентрирования алкоголята магния, емкости растворения алкоголята магния под действием диоксида углерода, соединенных магистралями контролируемого массопереноса продуктов и реагентов.The indicated technical problem is solved by the described method for producing a composition for processing pulp and paper products in a continuous or semi-continuous device consisting of a container for producing magnesium alcoholate, divided into sections for fractioning products and reagents by particle size, a container for concentrating magnesium alcoholate, a container for dissolving the alcoholate magnesium under the action of carbon dioxide, connected by lines of controlled mass transfer of products and reagents.
Достигаемый технический результат заключается в получении спиртового раствора карбонизированного алкоголята магния заданной концентрации с более высокой производительностью и эффективностью (меньшими временными затратами, трудозатратами и энергозатратами). Получаемый реагент для обработки бумаги с целью снижения кислотности по эксплуатационным свойствам не уступает аналогичным реагентам, получаемым в ректоре периодического действия. Данный технический результат достигается за счет организации непрерывного или полунепрерывного проточного режима синтеза реагента, что снижает временные затраты на загрузку/выгрузку реагента и очистку реактора. Более высокая энергоэффективность синтеза реагента по сравнению с известными аналогами достигается за счет разнесения в пространстве стадий и элементов конструкции с различными температурными условиями, что устраняет необходимость периодического нагрева/охлаждения одних и тех же элементов конструкции и позволяет осуществлять технологический режим в условиях поддержания заданных температур. Кроме того, реализация режима термостатирования сокращает временные затраты, вызванные сменой циклов нагрева/охлаждения. Контролируемый массоперенос между элементами установки определяет возможность тонкой регулировки технологического процесса с целью корректировки выхода реакции и концентрации конечного продукта. Внедрение в технологический процесс блока концентрирования алкоголята магния позволяет осуществлять его получение в условиях низких концентраций алкоголята магния и преобладания исходных продуктов. При таких условиях достигается более высокая скорость реакции.Achievable technical result is to obtain an alcoholic solution of carbonized magnesium alcoholate of a given concentration with higher productivity and efficiency (less time, labor and energy). The resulting reagent for paper processing in order to reduce acidity in operational properties is not inferior to similar reagents obtained in a batch reactor. This technical result is achieved by organizing a continuous or semi-continuous flow regime of the synthesis of the reagent, which reduces the time spent on loading / unloading the reagent and cleaning the reactor. A higher energy efficiency of the reagent synthesis compared to the known analogues is achieved by spacing the stages and structural elements with different temperature conditions in the space, which eliminates the need for periodic heating / cooling of the same structural elements and allows the process to be carried out under conditions of maintaining the set temperatures. In addition, the implementation of the temperature control mode reduces the time costs caused by the change of heating / cooling cycles. The controlled mass transfer between the elements of the installation determines the possibility of fine adjustment of the technological process in order to adjust the reaction yield and concentration of the final product. The introduction of magnesium alcoholate concentration block into the technological process allows its production in conditions of low concentrations of magnesium alcoholate and the predominance of the starting products. Under such conditions, a higher reaction rate is achieved.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
Способ получения композиции для обработки целлюлозно-бумажной продукции проводят в непрерывном или полунепрерывном режиме путем контактирования металлического магния со спиртом с получением взвеси алкоголята магния в спирте, концентрирования полученной взвеси алкоголята магния с направлением отделяемого спирта на рецикл для контактирования с металлическим магнием, растворения полученной концентрированной взвеси алкоголята магния путем контактирования последней с диоксидом углерода с получением раствора карбонизированного алкоголята магния, который может применяться в качестве композиции для обработки целлюлозно-бумажной продукции как самостоятельно, так и в смеси с инертным легколетучим растворителем.A method of obtaining a composition for processing pulp and paper products is carried out in continuous or semi-continuous mode by contacting magnesium metal with alcohol to obtain a suspension of magnesium alcoholate in alcohol, concentrating the obtained suspension of magnesium alcoholate with the direction of the separated alcohol for recycling to contact with metal magnesium, dissolving the resulting concentrated suspension magnesium alcoholate by contacting the latter with carbon dioxide to obtain a solution of carbonized alk golyata magnesium that can be used as a composition for treating paper products, both independently and in admixture with an inert volatile solvent.
При этом контактирование металлического магния со спиртом проводят при температуре от +20°С до температуры кипения спирта и начальном содержании магния в реакционной смеси от 0,01% мас. до 5,0% мас., предпочтительно от 0,1% мас. до 5,0% мас., выбирая при этом начальное содержание магния, исходя из желаемой скорости реакции магния со спиртом, а также из соображений обеспечения безопасности проведения процесса, так как при повышении скорости реакции магния со спиртом возрастает саморазогрев реакционной смеси, что приводит к повышению риска самовоспламенения образующегося побочного продукта - газообразного водорода. Для обеспечения безопасного контактирования металлического магния со спиртом реакцию проводят в атмосфере инертного газа, выбранного из ряда газов, не реагирующих с металлическим магнием, например, гелия или аргона. Наиболее предпочтительно при этом выбирают начальное содержание магния от 1,0% мас. до 5,0% мас., например, 2,5% мас. В результате контактирования получают взвесь алкоголята магния в спирте с содержанием алкоголята магния от 1% мас. до 20% мас., концентрирования полученной взвеси алкоголята магния до содержания алкоголята магния в концентрированной взвеси 2% мас. до 40% мас., но не менее чем в 2 раза большего по сравнению с начальным содержанием алкоголята магния в взвеси, путем отгонки избыточного количества спирта с направлением последнего на рецикл для контактирования с металлическим магнием, растворения концентрированной взвеси алкоголята магния путем контактирования последней с диоксидом углерода при температуре от +20°С до температуры кипения спирта с получением раствора карбонизированного алкоголята магния с содержанием карбонизированного алкоголята магния от 3,0% мас. до 25% мас., охлаждения полученного раствора карбонизированного алкоголята магния до температуры ниже температуры кипения легколетучего растворителя, выбранного из галогензамещенных углеводородов, и смешения полученного раствора карбонизированного алкоголята магния с указанным легколетучим растворителем в массовом отношении от 1:4 до 1:20 с получением целевого продукта с содержанием карбонизированного алкоголята магния от 0,15% мас. до 7% мас.In this case, the contacting of magnesium metal with alcohol is carried out at a temperature of + 20 ° C to the boiling point of alcohol and the initial magnesium content in the reaction mixture is from 0.01% wt. up to 5.0% wt., preferably from 0.1% wt. up to 5.0% wt., while choosing the initial magnesium content, based on the desired reaction rate of magnesium with alcohol, and also for reasons of ensuring the safety of the process, since increasing the reaction rate of magnesium with alcohol increases the self-heating of the reaction mixture, which leads to increased risk of self-ignition of the resulting by-product - hydrogen gas. To ensure safe contact of metallic magnesium with alcohol, the reaction is carried out in an inert gas atmosphere selected from a number of gases that do not react with metallic magnesium, for example, helium or argon. Most preferably, an initial magnesium content of 1.0 wt.% Is selected. up to 5.0% wt., for example, 2.5% wt. As a result of contacting, a suspension of magnesium alcoholate in alcohol with a magnesium alcoholate content of 1% wt. up to 20% wt., concentration of the obtained suspension of magnesium alcoholate to the content of magnesium alcoholate in a concentrated suspension of 2% wt. up to 40 wt.%, but not less than 2 times greater than the initial content of magnesium alcoholate in suspension, by distillation of excess alcohol with the direction of the latter for recycling for contact with metallic magnesium, dissolving the concentrated suspension of magnesium alcoholate by contacting the latter with dioxide carbon at a temperature of + 20 ° C to the boiling point of alcohol to obtain a solution of carbonated magnesium alcoholate with a content of carbonated magnesium alcoholate from 3.0% wt. up to 25% wt., cooling the resulting solution of carbonized magnesium alcoholate to a temperature below the boiling point of a volatile solvent selected from halogenated hydrocarbons, and mixing the resulting solution of carbonized magnesium alcoholate with the indicated volatile solvent in a mass ratio of from 1: 4 to 1:20 to obtain the target a product with a carbonated magnesium alcoholate content of 0.15% wt. up to 7% wt.
При этом контактирование металлического магния со спиртом проводят при перемешивании с отделением крупных частиц непрореагировавшего металлического магния и добавлением спирта для полного растворения мелких частиц металлического магния, обеспечивая тем самым получение взвеси алкоголята магния, не загрязненной частицами металлического магния.In this case, the contact of metallic magnesium with alcohol is carried out under stirring with the separation of large particles of unreacted metallic magnesium and the addition of alcohol to completely dissolve the fine particles of metallic magnesium, thereby providing a suspension of magnesium alcoholate not contaminated with magnesium metallic particles.
При этом в качестве спирта используют одноатомный спирт, содержащий от 1 до 5 атомов углерода, например, метанол, этанол, н-пропанол, изопропиловый спирт, н-бутанол, втор-бутанол, трет-бутанол, амиловый спирт, изоамиловый спирт.The alcohol used is a monohydric alcohol containing from 1 to 5 carbon atoms, for example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, n-butanol, sec-butanol, tert-butanol, amyl alcohol, isoamyl alcohol.
При этом в качестве легколетучего растворителя используют галогензамещенный углеводород, выбранный из ряда хлорзамещенных, фторзамещенных, или хлорфторзамещенных углеводородов, имеющих не менее одного атома водорода, или же смесь таких галогензамещенных углеводородов. Предпочтительно используют дифторхлорэтан, трифторхлорэтан, или гептафторпропан.In this case, a halogen-substituted hydrocarbon selected from a number of chlorine-substituted, fluorine-substituted, or chlorofluoro-substituted hydrocarbons having at least one hydrogen atom, or a mixture of such halogenated hydrocarbons is used as a volatile solvent. Preferably, difluorochloroethane, trifluorochloroethane, or heptafluoropropane is used.
Способ получения композиции для обработки целлюлозно-бумажной продукции может быть проиллюстрирован уравнениями химических реакций на пример получения карбонизированного н-пропилата магния. На первой стадии осуществляется синтез пропилата магния из пропанола и стружки (или гранул) магния при температуре кипения пропанола в соответствии с уравнениями реакции:A method of obtaining a composition for processing pulp and paper products can be illustrated by the equations of chemical reactions for the example of obtaining carbonated n-propylate of magnesium. At the first stage, magnesium propylate is synthesized from propanol and magnesium shavings (or granules) at the boiling point of propanol in accordance with the reaction equations:
На второй стадии осуществляется взаимодействие дисперсии пропилата магния с диоксидом углерода (газ или сухой лед) в соответствии с уравнениями реакции:In the second stage, the magnesium propylate dispersion interacts with carbon dioxide (gas or dry ice) in accordance with the reaction equations:
Обе реакции являются экзотермическими. Первая из этих реакций протекает при кипении реакционной смеси после активации поверхности магния йодом или алкилбромидом. Вторая реакция протекает самопроизвольно и приводит к нагреванию реакционной смеси на несколько десятков градусов выше исходного значения. Не допускается повышение температуры реакционной смеси во второй реакции выше 50°С.Both reactions are exothermic. The first of these reactions proceeds upon boiling of the reaction mixture after activation of the magnesium surface with iodine or alkyl bromide. The second reaction proceeds spontaneously and leads to heating of the reaction mixture several tens of degrees above the original value. It is not allowed to increase the temperature of the reaction mixture in the second reaction above 50 ° C.
Стадии разнесены в пространстве и осуществляются параллельно, при этом пропилат магния, образующийся на первой стадии, непрерывно поступает из верхней части реактора через блок концентрирования во вторую стадию.The stages are separated in space and are carried out in parallel, while the magnesium propylate formed in the first stage is continuously supplied from the upper part of the reactor through the concentration unit to the second stage.
Первая стадия реакции осуществляется в вертикальной колонне (стекло/металл), внутренняя часть которой разделена фильтрующими элементами различной дисперсности (инертная полимерная или металлическая сетка) на вертикальные секции равного объема (от 1 до 100 л, например, 50 л). При этом все сита имеют разные размеры ячеек и расположены в порядке уменьшения размера ячейки при движении от нижней секции к верхней. Количество секций составляет от 2 до 10, например, 5 секций. Секции разделены ситами с диаметром ячеек от 1 мм до 10 мкм (например, 4 сита между 5 секциями с диаметром ячеек 1 мм, 200 мкм, 50 мкм, 10 мкм). Обогрев колонны осуществляется за счет циркуляции теплоносителя по внешнему контуру колонны (рубашка колонны). Регуляция температуры теплоносителя осуществляется внешним автоматизированным термостатом, получающим информацию о температуре реакционной среды с датчиков в каждой секции колонны. Исходное сырье (стружка магния и пропанол) поступают в нижнюю секцию, где происходит реакция образования пропилата магния в форме осадка. Выделяющийся при этом газообразный водород поступает вертикально через верхние секции и разделяющие их сита, способствуя переносу образующегося осадка пропилата магния в верхние секции, и удаляется из реакционного объема через обратный холодильник. При этом исходная стружка магния остается в нижней секции до тех пор, пока ее размеры не уменьшатся за счет реакции до уровня пропускной способности сита, разделяющего первую и вторую секции (отсчет снизу вверх). Поскольку при переходе к более верхним секциям уменьшаются пропускные параметры фильтра, а также с учетом того, что реакция частиц магния с пропанолом продолжается в каждой секции, и при уменьшении размеров частиц магния реакция ускоряется, то содержание металлического магния в верхней секции стремится к нулю.The first stage of the reaction is carried out in a vertical column (glass / metal), the inner part of which is divided by filter elements of different dispersion (inert polymer or metal mesh) into vertical sections of equal volume (from 1 to 100 l, for example, 50 l). In this case, all sieves have different cell sizes and are arranged in order of decreasing cell size when moving from the lower section to the upper. The number of sections is from 2 to 10, for example, 5 sections. The sections are separated by sieves with a mesh diameter of 1 mm to 10 μm (for example, 4 sieves between 5 sections with a mesh diameter of 1 mm, 200 μm, 50 μm, 10 μm). The heating of the column is carried out due to the circulation of the coolant along the outer contour of the column (column shirt). The temperature of the coolant is controlled by an external automated thermostat, which receives information on the temperature of the reaction medium from sensors in each section of the column. The feedstock (magnesium chips and propanol) enter the lower section, where the formation of magnesium propylate in the form of a precipitate takes place. Hydrogen gas evolved in this case flows vertically through the upper sections and the screens separating them, facilitating the transfer of the precipitate of magnesium propylate formed to the upper sections, and is removed from the reaction volume through a reflux condenser. In this case, the initial magnesium shavings remain in the lower section until their sizes are reduced due to the reaction to the level of throughput of the sieve separating the first and second sections (counting from the bottom up). Since the filter throughput decreases when moving to the upper sections, and also taking into account the fact that the reaction of magnesium particles with propanol continues in each section, and when the size of magnesium particles decreases, the reaction accelerates, the magnesium metal content in the upper section tends to zero.
По мере протекания реакции происходит постепенное обогащение верхней секции дисперсией пропилата магния, которая перистальтическим насосом транспортируется в куб для концентрирования пропилата магния. Объем реакционной среды первой стадии поддерживается за счет поступающего в нижнюю секцию потока исходного пропанола. Концентрирование пропилата магния в пропаноле осуществляется за счет отгонки части растворителя (пропанола), который объединяется с дополнительной порцией исходных компонентов (пропанол и магний) и поступает обратно в колонну для синтеза пропилата магния в нижнюю секцию. Регулируя скорость отгонки пропанола из блока концентрирования, величину потока суспензии пропилата магния, поступающей из блока первой стадии, и величину дополнительного потока исходных реагентов (магний и пропанол), поступающих в нижнюю секцию реактора первой стадии, осуществляется регулирование концентрации пропилата магния в пропаноле, поток которого непрерывно транспортируется с помощью насоса из блока концентрирования в емкость для получения карбонизированного пропилата магния.As the reaction proceeds, the upper section is gradually enriched with a dispersion of magnesium propylate, which is transported by a peristaltic pump into a cube to concentrate magnesium propylate. The volume of the reaction medium of the first stage is maintained by the feed of propanol entering the lower section. The concentration of magnesium propylate in propanol is carried out by distillation of a portion of the solvent (propanol), which is combined with an additional portion of the starting components (propanol and magnesium) and fed back to the column for the synthesis of magnesium propylate in the lower section. By adjusting the rate of propanol distillation from the concentration unit, the magnitude of the flow of magnesium propylate suspension coming from the first stage unit and the amount of the additional stream of the starting reagents (magnesium and propanol) entering the lower section of the first stage reactor, the concentration of magnesium propylate in propanol, the flow of which It is continuously transported by a pump from the concentration unit to a container to produce carbonated magnesium propylate.
Получение карбонизированного пропилата магния осуществляется за счет взаимодействия осадка пропилата магния сбарботируемым осушенным диоксидом углерода, сопровождающееся растворением осадка пропилата магния. Дно (или нижняя часть боковой стенки) блока для получения карбонизированного пропилата магния выполнено из фильтра с пропускной способностью 1 мкм, через который раствор карбонизированного пропилата магния поступает в смежную с данным блоком емкость для сбора конечного продукта, при этом осадок пропилата магния остается в блоке для получения карбонизированного пропилата магния. Поток конечного продукта устанавливается равным потоку пропилата магния, транспортируемому из блока для концентрирования пропилата магния и регулируется дополнительным насосом. Вместо газообразного диоксида углерода возможно использование твердого диоксида углерода (в форме сухого льда).Obtaining carbonized magnesium propylate is carried out through the interaction of the precipitate of magnesium propylate with a sparged dried carbon dioxide, accompanied by the dissolution of the precipitate of magnesium propylate. The bottom (or lower part of the side wall) of the block for producing carbonated magnesium propylate is made of a filter with a throughput of 1 μm, through which the solution of carbonized magnesium propylate is supplied to a container for collecting the final product adjacent to this block, while the precipitate of magnesium propylate remains in the block for obtaining carbonated magnesium propylate. The flow of the final product is set equal to the flow of magnesium propylate transported from the block for the concentration of magnesium propylate and is regulated by an additional pump. Instead of gaseous carbon dioxide, it is possible to use solid carbon dioxide (in the form of dry ice).
Для синтеза используется пропанол обезвоженный с чистотой не менее 99,5%, магний в форме чешуек или стружек серебристо-белого цвета размером не более 10×1×1 мм и чистотой не менее 99,9%, диоксид углерода с объемной долей не менее 99,9% и массовой концентрацией водяных паров при температуре 20°С и давлении 101,3 кПа не более 0,015 г/м3.For the synthesis, propanol dehydrated with a purity of at least 99.5%, magnesium in the form of flakes or silver-white chips with a size of no more than 10 × 1 × 1 mm and a purity of at least 99.9%, carbon dioxide with a volume fraction of not less than 99 are used , 9% and mass concentration of water vapor at a temperature of 20 ° C and a pressure of 101.3 kPa not more than 0.015 g / m 3 .
Помимо карбонизированного пропилата магния описанным способом с применением описанного проточного реактора возможно также получение других карбонизированных алкоголятов магния из соответствующих спиртов, например, метилкарбонатаметилата магния, этилкарбонатаэтилата магния, изопропилкарбонатаизопропилата магния.In addition to the carbonated magnesium propylate in the described manner using the described flow reactor, it is also possible to obtain other carbonated magnesium alcoholates from the corresponding alcohols, for example magnesium methyl carbonate methyl ethylate, magnesium ethyl carbonate ethylate, magnesium isopropyl carbonate isopropylate.
Способ осуществляют с применением устройства, показанного на Фиг. 1. Устройство для осуществления способа получения композиции для обработки целлюлозно-бумажной продукции представляет собой соединенные между собой: емкость 1 для контактирования металлического магния со спиртом, емкость 2 для концентрирования взвеси алкоголята магния, емкость 3 для контактирования взвеси алкоголята магния с диоксидом углерода, емкость 4 для смешения раствора карбонизированного алкоголята магния с летучим инертным растворителем. При этом емкость 1 для контактирования металлического магния со спиртом оснащена средствами нагрева от +20°С до температуры кипения спирта, обратным холодильником, мешалкой, средствами подачи инертного газа, и разделена на не менее двух секций ситом или набором сит с последовательно уменьшающимся размером ячеек таким образом, что добавление металлического магния осуществляется в секцию, отделенную ситом с наибольшим размером ячеек, а отбор взвеси алкоголята магния осуществляется из секции, отделенной ситом с наименьшим размером ячеек. При этом емкость 2 для концентрирования взвеси алкоголята магния оснащена средствами нагрева до температуры кипения спирта и прямым холодильником для конденсирования отогнанного спирта и направления его на рецикл в емкость 1 для контактирования металлического магния со спиртом. При этом емкость 3 для контактирования взвеси алкоголята магния с диоксидом углерода оснащена средствами поддержания постоянной температуры от +20°С до температуры кипения спирта и разделена ситом 6 на две или более секций таким образом, что подача диоксида углерода может осуществляться как путем барботирования газообразного диоксида углерода, так и путем добавления твердого диоксида углерода в первую секцию, в который также подается взвесь алкоголята магния, а отбор раствора карбонизированного алкоголята магния осуществляется из второй секции. При этом емкость 4 для смешения раствора карбонизированного алкоголята магния с летучим инертным растворителем оснащена средствами охлаждения смеси от начальной температуры до температуры ниже температуры кипения легколетучего растворителя.The method is carried out using the device shown in FIG. 1. A device for implementing a method for producing a composition for processing pulp and paper products is interconnected: a
При осуществлении способа в емкость 1 подают сырье А, представляющее собой металлический магний и спирт. При контактировании металлического магния со спиртом образуется взвесь алкоголята магния в спирте В, которую подают в емкость 2. В емкости 2 осуществляют отгонку спирта С, который подают на рецикл в емкость 1. Концентрированную взвесь алкоголята магния в спирте D подают в емкость 3, куда также подают диоксид углерода Е в виде газа или в виде твердого вещества («сухой лед»). При контактировании взвеси алкоголята магния в спирте с диоксидом углерода образуется раствор карбонизированного алкоголята магния в спирте F, который подают в емкость 4, куда также подают легколетучий растворитель G. После смешения раствора карбонизированного алкоголята магния в спирте с легколетучим растворителем получают целевой продукт Н. При этом емкость 1 разделена на секции ситами 5 с разными размерами ячеек, которые расположены в порядке уменьшения размера ячейки при движении от нижней секции к верхней.When implementing the method in the
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие описываемый способ, но не ограничивающие его.Below are examples illustrating the described method, but not limiting it.
Пример 1.Example 1
Продувают инертным газом (азотом) проточный реактор, состоящий из блока для синтеза пропилата магния объемом 250 л, разделенного на 5 секций по 50 л ситами с диаметром ячеек 1 мм, 200 мкм, 50 мкм, 10 мкм (блок 1), блока для концентрирования объемом 20 л (блок 2), блока для получения карбонизированного пропилата магния объемом 20 л (блок 3). Заполняют блок 1 обезвоженным н-пропанолом с чистотой не менее 99,5% объемом 200 л, блок 2 и 3 заполняют 10 л н-пропанола. В нижнюю секцию блока 1 загружается 1,5 кг магния в форме стружки размером примерно 10×1×1 мм и 1 л раствора йода в н-пропаноле с концентрацией 50 г/л. Доводят смесь до кипения (примерно 96°С), после чего смесь обесцвечивается и происходит интенсивное газообразование. Устанавливают необходимый поток между блоками 1 и 2 и равную этому потоку интенсивность отгонки спирта из блока 2. После 1 ч меняют значения потоков таким образом, что скорость отгонки из блока 2 меньше потока из блока 1 в блок 2 на величину потока из блока 2 в блок 3. Это же значение устанавливают для ввода дополнительного количества пропанола в блок 1. Периодически (раз в 30-60 мин) производят отбор пробы из потока между блоками 2 и 3, гравиметрическим методом с использованием центрифугирования или фильтрования оценивают содержание пропилата магния, и на основании этого значения изменяют величины потоков. Общая производительность процесса составляет 12 л/ч раствора карбонизированного пропилата магния в пропаноле с концентрацией 20% мас., что больше, чем производительность аналогичного процесса в реакторе периодического действия объемом 250 л.An inert gas (nitrogen) is blown through a flow reactor consisting of a block for the synthesis of magnesium propylate with a volume of 250 l, divided into 5 sections of 50 l sieves with a mesh diameter of 1 mm, 200 μm, 50 μm, 10 μm (block 1), a block for concentration 20 l (block 2), a block for producing carbonated magnesium propylate with a volume of 20 l (block 3).
Пример 2.Example 2
Аналогичен примеру 1 за исключением использования магния в виде гранул с диаметром в диапазоне 0,1-1,0 мм. При этом блок 1 реактора разделен на 10 секций объемом по 25 л ситами с размерами ячеек 500 мкм, 400 мкм, 300 мкм, 200 мкм, 100 мкм, 80 мкм, 50 мкм, 30 мкм, 10 мкм. Общая производительность процесса составляет 12 л/ч раствора карбонизированного пропилата магния в пропаноле с концентрацией 20% мас.Similar to example 1 except for the use of magnesium in the form of granules with a diameter in the range of 0.1-1.0 mm The
Пример 3.Example 3
Аналогичен примеру 1, но в качестве спирта использован осушенный изопропиловый спирт с чистотой не менее 99,5%, реакцию проводят при температуре +82°С. Общая производительность процесса составляет 12 л/ч раствора карбонизированного изопропилата магния в изопропиловом спирте с концентрацией 20% мас.Similar to example 1, but the dried isopropyl alcohol with a purity of at least 99.5% was used as the alcohol, the reaction was carried out at a temperature of + 82 ° C. The total productivity of the process is 12 l / h of a solution of carbonated magnesium isopropylate in isopropyl alcohol with a concentration of 20% wt.
Пример 4.Example 4
Аналогичен примеру 1, но в качестве спирта использован осушенный метиловый спирт с чистотой не менее 99,5%, магний загружается в количестве 0,5 кг, а реакцию проводят при температуре +67°С. Общая производительность процесса составляет 7 л/ч раствора карбонизированного метилата магния в метаноле с концентрацией 11% мас.Similar to example 1, but as the alcohol used is dried methyl alcohol with a purity of at least 99.5%, magnesium is loaded in an amount of 0.5 kg, and the reaction is carried out at a temperature of + 67 ° C. The total productivity of the process is 7 l / h of a solution of carbonated magnesium methylate in methanol with a concentration of 11% wt.
Пример 5Example 5
Аналогичен примеру 1, но в качестве спирта использован осушенный этиловый спирт с чистотой не менее 99,5%, магний загружается в количестве 1,0 кг, а реакцию проводят при температуре +78°С. Общая производительность процесса составляет 9 л/ч раствора карбонизированного пропилата магния в пропаноле с концентрацией 15% мас.Similar to example 1, but as the alcohol used is dried ethyl alcohol with a purity of not less than 99.5%, magnesium is loaded in an amount of 1.0 kg, and the reaction is carried out at a temperature of + 78 ° C. The total productivity of the process is 9 l / h of a solution of carbonated magnesium propylate in propanol with a concentration of 15% wt.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018134350A RU2702571C1 (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Method of producing a composition for treating cellulose and paper products and a device for carrying out said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018134350A RU2702571C1 (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Method of producing a composition for treating cellulose and paper products and a device for carrying out said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2702571C1 true RU2702571C1 (en) | 2019-10-08 |
Family
ID=68171158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018134350A RU2702571C1 (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Method of producing a composition for treating cellulose and paper products and a device for carrying out said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2702571C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1008282A1 (en) * | 1981-11-27 | 1983-03-30 | Ордена Ленина институт элементоорганических соединений им.А.Н.Несмеянова | Process for preparing metal alcoholates |
US20040194902A1 (en) * | 1998-07-31 | 2004-10-07 | Universitat Politecnica De Catalunya | Method for the de-acidification of celluso material |
US20130302524A1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-14 | Richard Daniel Smith | Deacidification Treatment Of Printed Cellulosic Materials |
-
2018
- 2018-10-01 RU RU2018134350A patent/RU2702571C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1008282A1 (en) * | 1981-11-27 | 1983-03-30 | Ордена Ленина институт элементоорганических соединений им.А.Н.Несмеянова | Process for preparing metal alcoholates |
US20040194902A1 (en) * | 1998-07-31 | 2004-10-07 | Universitat Politecnica De Catalunya | Method for the de-acidification of celluso material |
US20130302524A1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-14 | Richard Daniel Smith | Deacidification Treatment Of Printed Cellulosic Materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2705063C2 (en) | Method of producing aluminium chloride derivatives | |
US7501025B2 (en) | Process and apparatus for the conversion of biomass | |
US3933977A (en) | Process for producing sodium carbonate | |
US3028215A (en) | Preparation of sodium carbonate | |
EP0309126A1 (en) | Process for the production of sodium cyanide | |
EP0083275B1 (en) | Process for the preparation of aluminas of high purity from impure solutions of aluminium chloride | |
RU2702571C1 (en) | Method of producing a composition for treating cellulose and paper products and a device for carrying out said method | |
NO840973L (en) | PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF ANNUAL ALUMINUM CHLORIDE FROM ALUMINUM CHLORIDE HEXHYDRATE WRITTEN FROM ACID EXCLUSION | |
US2671713A (en) | Separation and use of ammonium chloride in the ammonia soda process for producing sodium bicarbonate | |
CA2175183C (en) | Anhydrous magnesium chloride | |
RU2489349C2 (en) | Method of producing lithium hexafluorophosphate and apparatus for realising said method | |
US3321268A (en) | Conversion of caustic soda to soda ash | |
US2356785A (en) | Manufacture of dichlorethane | |
US4020148A (en) | Process for drying sodium carbonate peroxide | |
JPS599485B2 (en) | Manufacturing method of carbonated soda | |
NO791762L (en) | PROCEDURE FOR PREPARATION OF SODIUM BICARBONATE WITH REGULATED CRYSTAL SIZE | |
US2992262A (en) | Process for preparing basic aluminum salts of aliphatic carboxylic acids | |
US2735749A (en) | The separate recovery of ammonia and hydrogen | |
US4482460A (en) | Process for removing carbon black from aqueous suspensions | |
JP4503021B2 (en) | Process for producing N-vinylcarbazoles | |
US3989472A (en) | Method for producing high bulk density magnesium chloride | |
RU2319685C2 (en) | Calcium carbide hydrolysis process | |
RU2502671C1 (en) | Method of obtaining sodium sulfate | |
RU2071942C1 (en) | Method of blue vitriol producing | |
RU2096330C1 (en) | Method of isolation of copper sulfate from sulfate solution |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201002 |