Тема высокотемпературных процессов и возникающие при этом проблемы

В этом обзоре будет рассмотрена тема высокотемпературных процессов и возникающие при этом проблемы.
Применительно к жк, это как правило:
- получение эфиров триэтаноламиновых жирных кислот (ЭТЭАЖК) на основе синтеза жк с триэтаноламином
- получение эмульгаторов обратных эмульсий на основе синтеза жк с диэтаноламином
Данные процессы известны более сотни лет и выработаны четкие требования к их проведению.
Главный критерий – процессы проводятся при температурах 185-200 гр.С.
Только по достижении этой температуры происходит реакция этерификации и что очень важно – разложение фосфолипидов ( обладают сильными гидрофобными свойствами. Могут удерживать на себе до 40-а весовых частей воды. При этом резко изменяется вязкость конечного продукта.), содержащихся в жк.
Однако до сих пор не прекращаются попытки дальнейшей «оптимизации», «упрощения» и прочего «улучшения» и удешевления производства.
Это связано с отсутствием необходимого оборудования и желанием использовать дешевые реагенты.
Понятно, что результатом такого подхода является нестабильный по качеству продукт и головная боль заказчика.
Характерная картина, когда имея паровой котел с температурой пара около 175-185 гр, реактор с паровой рубашкой и закупая самые дешевые жк, предприятие выходит на рынок с продуктами высокотемпературного синтеза.
Какие при этом возникают нюансы:
1. Градиент температур в реакторе между греющим агентом в рубашке и содержимым реактора должен составлять не менее 20-25 гр.С.
Так, для достижения температуры в реакторе 200 гр., температура греющего агента должна быть не менее 220-225 гр.
2. Теоретически ( в идеальных условиях ) считается, что введение 0,5% NaOH как катализатора, позволяет вести процесс при температуре 165 гр.С.
Синтез в жидких средах с твердым катализатором идет на границе жидкость –твердая поверхность. Катализатор должен иметь развитую поверхность, т.е. измельчен, как правило, до 40 микрон. Для этого необходимо наличие измельчителя с калиброванными ситами, но этим мало кто озадачивается и в реактор зачастую засыпается скомкивавшаяся щелочь из мешка.
3. При использовании пара для нагрева реактора, после достижения температуры в реакторе 100 гр.С. (реально 95 гр.С), не происходит конденсации пара и он фактически улетает в атмосферу. КПД нагрева после 100 гр.С у реакторов нагреваемых паром составляет 3-5% от затраченного топлива. Установка кондкенсатоотводчиков на выходе из реактора не меняет общей картины ( несколько улучшает коэффициент теплопередачи и уменьшает время нагрева), т.к. перегретая вода после кондкенсатоотводчика вскипает с потерей теплоты фазового перехода пар-вода .
Использование паровых реакторов для данных процессов крайне экономически не выгодно.
4. Закупка низкокачественные жк ( помимо рисков с их фальсификацией) чреваты наличием в них значительного кол-ва водного раствора серной кислоты и удерживающих его загрязнений. Попытки нагреть и отстоять грязь и влагу (для последующего слива) малоэффективны, т.к. загрязнения «зависают» на эллиптическом днище.
Для проведения отделения загрязнений этим способом ( даже в специализированных отстойниках с коническим днищем), необходима временная выдержка около 2-х суток, что связано с простоем оборудования и на это мало кто идет.
Применение коагулянтов не дает приемлемого результата.
5. В дальнейшем, содержащаяся в загрязнениях серная кислота взаимодействует с NaOH с образованием Na2SO4
Так же NaOH взаимодействует с жирными кислотами при наличии влаги, образуя натриевые мыла
Таким образов в реальных условиях NaOH реагирует с указанными веществами и в дальнейшем прекращает работать как катализатор.
6. При нагреве загрязненных жк, наблюдается интенсивное кипение и пенообразование при температурах 100 и 125 гр.С., зачастую с выбросом из горловины реактора.
7. Учитывая длительность нагрева реактора, не прогнозируемую активность катализатора, процесс может занимать продолжительное время. При этом начинаются не контролируемые процессы полимеризации, что так же сказывается на качестве продукта.
8. Использование для охлаждения сырой вода, путем подачи её в рубашку реактора, приводит к отложению карбонатов в рубашке и разрушению эмали ( в случае эмалированного реактора) в следствии гидроударов.
9. Данный обзор весьма поверхностен и не учитывает такие важные факторы как методика расчета и точность подачи реагентов, удаление влаги из реакционной зоны и особенности аспирационной системы, методика отбора проб, определение полноты прохождения реакции и других.
Выявит продукт ненадлежащего качества достаточно просто: в стакан помещаем образец, добавляем 2-3% три(ди)этаноламина и при перемешивании нагреваем до 190 гр.С. Появление паров воды над стаканом свидетельствует о наличии в образце свободных жк и нейтрального жира (при 190 гр.С. идет процесс этерификации с выделением воды), т.е. условия производства продукта не обеспечили полноту прохождения реакции.
С учетом вышеизложенного, становится понятным, что проведение высокотемпературных процессов на неспециализированном оборудовании ( паровой котел и стандартный реактор ) весьма затратно и не позволяет получить гарантированного качественного продукта.
Отдельно следует упомянуть о ситуации, когда недобросовестные производители под видом эфиров предлагают мыла три(ди)этаноламинов с жк. При этом технологический процесс останавливают при температуре 75-85 гр.С., т.е. на стадии образования мыла, а реакцию этерификации не проводят.
Выявить данный продукт так же весьма просто: достаточно при перемешивании нагреть образец до 190 гр.с. При данной температуре начинается реакция этерификации, сопровождающаяся выделением воды. Пары воды над стаканом однозначно указывают на фальсифицирование продукта.