Библиографическое описание:

Долгачев А. С., Бутенко Л. Н., Шишкин Е. В. Системный концептуальный анализ промышленного процесса получения бутилового ксантогената калия на уровнях «цех» и «химическая реакция» [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г.). — СПб.: Свое издательство, 2015. — С. 86-88.

С помощью системного концептуального анализа выявлены основные недостатки промышленного процесса получения бутилового ксантогената калия на уровнях «цех» и «химическая реакция». Определены основные направления совершенствования рассматриваемого производства.

Ключевые слова: бутиловый ксантогенат калия; системный концептуальный анализ; химическая технология.

 

Алкилксантогенаты щелочных металлов используются при обогащении руд тяжелых цветных, благородных и редких металлов в качестве флотореагентов-собирателей. В настоящее время в России производится только бутиловый ксантогенат калия. Он эффективен для флотации всех сульфидных руд, а также окисленных минералов свинца и меди после их сульфидизации в гидрометаллургической промышленности. Кроме флотации данное вещество находит применение в качестве ультраускорителя для самовулканизирующихся клеев и при низкотемпературной вулканизации [1].

В промышленных условиях бутиловый ксантогенат калия получают взаимодействием бутанола и сероуглерода в присутствии гидроксида калия при мольном соотношении = 1: 1: 2,87: 4,88 [2].

Процесс ксантогенирования является периодическим, характеризуется высокой скоростью и интенсивным тепловыделением. При этом возможно протекание побочных реакций за счет взаимодействия сероуглерода со щелочью [3]:

Системный анализ является универсальной научной методологией. Это наиболее последовательная реализация системного подхода к решению проблем в различных сферах человеческой деятельности. Сущность системного подхода сводится к тому, что деятельность любой части системы оказывает некоторое влияние на деятельность всех других ее частей. Этот принцип есть следствие известного положения диалектики, требующего рассмотрения всех явлений в их причинной зависимости. Системный подход широко используется в процессах анализа действующих и создания новых высокоэффективных химико-технологических систем. Спрос на бутиловый ксантогенат калия постоянно увеличивается за счет развития цветной металлургии и роста потребления цветных металлов. Вследствие этого применение системного анализа для выявления недостатков существующего производства и их дальнейшего устранения является актуальной задачей.

Для выявления недостатков рассматриваемого процесса было решено провести системный анализ на уровнях «цех» и «химическая реакция». Производство бутилового ксантогената калия состоит из стадий подготовки сырья, синтеза, сушки раствора ксантогената и регенерации спирта. Результаты анализа на уровне «цех» представлены в таблице 1:

Таблица 1

Концептуальный системный анализ на уровне «цех»

Наименование элемента

Функция элемента

Недостатки элемента

Причины возникновения недостатков

Стадия подготовки сырья

Приготовление раствора КОН из концентрированного раствора или из чешуированного гидроксида калия

-

-

Стадия синтеза

Смешение исходных реагентов

Периодичность процесса

Высокая скорость реакции, интенсивное тепловыделение

Обеспечение оптимальных условий реакции ксантогенирования

Искусственное замедление скорости реакции

Получение раствора бутилового ксантогената калия

Образование побочных продуктов

Побочные реакции, локальные перегревы

Стадия сушки

Упаривание жидкой среды раствора

-

-

Сушка гранул ксантогената

Поддержание определенного размера гранул ксантогената

Получение водно-спиртового конденсата

Стадия регенерации спирта

Разделение водно-спиртового конденсата на бутанол и воду

Высокая энергоемкость разделения

Выделение бутанола ректификацией на двух колоннах.

 

Таким образом, из таблицы 1 видно, что основные проблемы возникают на стадиях синтеза и регенерации спирта. Следует отметить, что многие возможные недостатки стадии сушки решены на действующем производстве при помощи использования распылительной сушилки специальной конструкции, что позволяет избегать местных перегревов раствора и возможности окисления ксантогената при сушке. Вследствие этого, на стадии сушки не было найдено недостатков.

При помощи системного анализа на уровне «цех» были выявлены следующие направления совершенствования процесса получения бутилового ксантогената калия:

1)      Переход от периодического процесса к непрерывному;

2)      Предотвращение образования побочных продуктов;

3)      Использование менее энергетически затратного по сравнению с ректификацией способа разделения смеси бутанол-вода.

Значительного внимания заслуживает и анализ самой химической реакции получения бутилового ксантогената калия. Большинство недостатков, найденных на этом уровне, обусловлены только природой веществ и их химическим строением, поэтому ответственный за данный аспект столбец таблицы был исключен. Результаты на уровне «химическая реакция» представлены в таблице 2.

Таблица 2

Концептуальный системный анализ на уровне «химическая реакция»

Наименование элемента

Функция элемента

Недостатки элемента

Сероуглерод CS2

Реагент

1) Образует взрывоопасные смеси с воздухом.

2) Низкая температура кипения (46 0С)

3) Не смешивается с водой

Бутанол С4H9OH

Среда, реагент

1) Имеет высокое рКа

2) Ограниченно растворим в воде

3) Используется в значительном избытке

Гидроксид калия КОН

Реагент

-

Бутиловый ксантогенат калия С4H9OC(S)SK

Целевой продукт

1) Ограниченно растворим в спирте, воде

2) Склонен к гидролитическому разложению при высоких температур

Вода H2O

Среда, продукт

1) Смещает равновесие в сторону обратной реакции при образовании алкоголят-аниона

2) Обуславливает побочные реакции

3) Используется значительный избыток

Карбонат калия K2CO3

Побочный продукт

Загрязняет целевой продукт

Сульфид калия K2S

Тритиокарбонат калия K2CS3

1) Загрязняет целевой продукт

2) Со временем разлагается с образованием сероуглерода

 

Результаты анализа на уровне «химическая реакция» позволиляют выявить следующие направления совершенствования процесса:

1)      Предотвращение образования побочных продуктов;

2)      Максимально полное проведение реакции получения бутилата калия, смещение равновесия в сторону образования алкоголята;

3)      Снижение расходных коэффициентов по бутанолу и воде.

Таким образом, на примере промышленного производства бутилового ксантогената калия подтверждена высокая эффективность системного подхода к совершенствованию действующих и разработке новых ХТС. С помощью системного концептуального анализа на уровнях «цех» и «химическая реакция» были выявлены основные направления совершенствования рассмотренного химико-технологического процесса.

 

Литература:

 

1.      Абрамов, А. А. Флотационные методы обогащения / А. А. Абрамов. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, издательство «Горная книга», «Мир горной книги», 2008. — 710 с.

2.      Регламент производства бутилового и изобутилового ксантогената калия на ОАО «Волжский Оргсинтез» в цехе № 3. — Введен 28.10.2011. — Волжский: 2011. — 113 с.

3.      Ксантогенирование спиртов. Сообщение 1. Исследование кинетики реакции ксантогенирования алифатических спиртов С1-С7 нормального строения в водном растворе гидроксида калия / А. И. Вальдман [и др]; ВолгПИ. — Волгоград, 1984. — 30 с. — Рукопись деп. в ОНИИТЭхим (г. Черкассы) 19.04.1984, № 476хп-Д84.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle