Материал фенотиазина в форме гранул и способ его получения - RU2261247C2
Код документа: RU2261247C2
Описание
Фенотиазин представляет собой ароматический продукт на основе амина, используемый для широкого спектра применений, включая применения в качестве ингибитора, антиоксиданта и прерывателя (агента обрыва реакции) в широком разнообразии самых различных применений, таких как стабилизация акриловых кислот, сложных эфиров и мономеров, или в качестве стабилизатора для хлоропренового мономера, стирольного мономера и других виниловых мономеров; в качестве антиоксиданта в синтетических смазках и маслах, в полиолах для полиуретанов и полиэфирных и винилэфирных смол и в качестве промежуточного соединения для фармацевтических средств.
Фенотиазин типично получают в форме хлопьев и порошка и он имеет ярко-желтый цвет (что указывает на отсутствие окисления). Хлопьевидную форму можно получить путем нанесения расплавленного фенотиазина на барабанный шуппен-аппарат с последующим охлаждением и кристаллизацией с получением тонкого слоя, который соскребают в виде смеси хлопьев и высокодисперсных частиц (порошок). Затем продукт передают на операцию для физического разделения (сортировка), в этом процессе высокодисперсные частицы (порошок) отделяют от хлопьев типично при помощи сит для сортировки. Хлопьевидный фенотиазин затем упаковывают и отправляют заказчикам, которые транспортируют или обрабатывают его на своем оборудовании. Несмотря на сортировку, продукт после его изготовления обычно содержит вплоть до 6% высокодисперсных частиц. Кроме того, хлопья склонны к распаду до высокодисперсных частиц в процессе последующей транспортировки и обработки.
Образование и присутствие высокодисперсных частиц (порошок) в хлопьевидном фенотиазине представляют проблемы. Полученные в виде хлопьев продукты, содержащие такие высокодисперсные частицы, страдают такими недостатками, как неоднородный размер частиц, слеживание, пылеобразование и комкование. Фенотиазин, который является раздражающим для дыхательных путей, глаз и желудочно-кишечного тракта, раздражителем кожи, скорее всего будет вызывать проблемы в тонкоизмельченной форме. Высокодисперсные частицы в продукте в форме хлопьев также усиливают вероятность взрыва. Хлопьевидный фенотиазин, содержащий большие количества высокодисперсных частиц (т.е. больше чем около 6% частиц, имеющих диаметр меньше чем 500 микрон) особенно склонен к слеживанию или комкованию.
Неоднородный размер частиц в хлопьевидном фенотиазине увеличивает тенденцию продукта к слеживанию и/или комкованию и к сопротивлению свободной текучести при его перемещениях в оборудовании изготовителя и у потребителя. Слеживание и/или комкование затрудняет разгрузку фенотиазина из контейнеров, таких как бункеры, мешки, автоцистерны, емкости для хранения и т.д., и делает трудной его транспортировку. Это может также вызывать образование перегородок или блоков в контейнерах. Высокодисперсные частицы также вызывают проблемы безопасности, здоровья и экологии. С точки зрения безопасности, высокодисперсные частицы вызывают особую озабоченность из-за повышенного риска взрыва, а также повышенного риска для здоровья рабочего персонала, особенно через раздражение и повышенную чувствительность кожи и т.п., как указано выше.
Обычная технология гранулирования предполагает пропускание расплавленного материала через фильеру, после чего он охлаждается и затвердевает в форме гранул по мере движения в потоке воздуха. Типично башни для получения продукта в виде гранул (приллинг-башни) имеют высоту 80-300 футов и требуют больших расходов воздуха. Недостатком традиционной технологии получения гранул является, в том числе, потребность в больших башнях и больших расходах воздуха. Это требует больших капитальных затрат и значительных издержек производства. Кроме того, в настоящее время фенотиазин нельзя получать в виде гранул с использованием традиционной технологии, поскольку продукт в расплавленном состоянии вступает в реакцию и подвергается окислению, меняя и свой химический состав и цвет. Окисленная форма фенотиазина имеет цвет от зеленого до серого. Эта форма имеет другой химический состав, отличный от желаемого чистого фенотиазина. Очищенный фенотиазин в неокисленной форме имеет ярко-желтый цвет.
Температура плавления фенотиазина составляет 184°С и, таким образом, его обработка и перемещение в расплавленном состоянии являются трудными. Нагнетание расплавленного фенотиазина на высоту 80-300 футов, как это могло бы потребоваться, чтобы достичь верха обычной приллинг-башни, является трудным без значительного нагрева линий передачи. Если температура линии падает ниже температуры плавления продукта, он быстро затвердевает в линии передачи, вызывая производственные трудности.
В соответствии с вышеизложенным в данной области техники существует необходимость в способе получения, снижающем проблемы, связанные с высоким уровнем высокодисперсных частиц в конечном продукте фенотиазина, но который бы, тем не менее, давал высококачественный материал. В существующем уровне техники существует также необходимость в снижении проблем, связанных со слеживаемостыо и/или комкованием фенотиазина в процессе погрузки, транспортировки и хранения.
Что касается качества, весьма желательно, чтобы любой новый способ давал продукт, соответствующий спецификациям качества, широко принятым в промышленности, а именно ≥99,6% фенотиазина в продукте. Однако цвет также является важным индикатором чистоты и весьма желательно, чтобы цвет продукта был от бледно-зеленовато-желтого до ярко-желтого и особенно не содержал серого или совсем зеленого материала, что может отрицательно сказаться на последующих применениях, даже если аналитическая чистота составляет ≥99,6%. Цвет фенотиазина удобно оценивать с использованием цветовой схемы Munsell и очень желательно, чтобы внешний вид продукта попадал в область цветовой схемы Munsell, которая определена Символом 5Y Hue и интервалами цвета: 8/4-8/12, 8,5/4-8,5/12 и 9/4-9/8 включительно, и более конкретно, в область, определенную символом 5Y Hue и интервалами цвета 8,5/8-8,5/12 и 9/6-9/8.
Краткое изложение изобретения
Изобретение раскрывает твердый фенотиазин или его аналог или производное (как описано ниже), включающий множество гранул, где указанные гранулы в основном имеют сферическую форму.
Далее в описании и в формуле изобретения фенотиазин относится к соединению формулы (I) (см. ниже) и материал фенотиазина относится по существу к фенотиазину формулы (I) и/или аналогу или производному фенотиазина формулы (II) (см. ниже).
Изобретение, кроме того, раскрывает способ снижения уровня высокодисперсных частиц (порошка) в материале фенотиазина, включающий образование материала фенотиазина в форме гранул, так что гранулы имеют в основном сферическую форму.
Изобретение также относится к твердому материалу фенотиазина, включающему множество гранул материала фенотиазина, где гранулы являются в основном сферическими и продукт содержит не более чем около 6% мас. высокодисперсных частиц (т.е. частиц с диаметром <500 микрон).
Изобретение включает способ получения гранул материала фенотиазина, включающий введение расплавленного материала фенотиазина в по меньшей мере одну форсунку, имеющую множество отверстий, для формирования расплавленных капелек материала фенотиазина и охлаждение капелек с образованием твердых гранул, - все это осуществляют в инертной атмосфере. Этот способ является особенно подходящим для получения фенотиазина в форме гранул от зеленовато-желтого до желтого цвета. Изобретение также включает твердый материал фенотиазина, полученный таким способом.
Изобретение относится к материалу фенотиазина, обладающему улучшенными свойствами и пониженным уровнем высокодисперсных частиц (порошок), который имеет форму гранул, а также к способу получения материала фенотиазина в форме гранул. Изобретение, кроме того, относится к способу снижения уровня высокодисперсных частиц в материале фенотиазина, сохраняя при этом качество продукта. Во всех аспектах изобретения предпочтительно, чтобы материал фенотиазина представлял собой фенотиазин.
В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается твердый материал фенотиазина в форме множества в основном сферических гранул.
В случае фенотиазина форма в виде гранул предпочтительно имеет цвет от зеленовато-желтого до желтого, более предпочтительно цвет в пределах области цветовой схемы Munsell, которая определена Символом 5Y Hue и интервалами цвета: 8/4-8/12, 8,5/4-8,5/12 и 9/4-9/8 включительно, и более конкретно, в области, определенной символом 5Y Hue и интервалами цвета 8,5/8-8,5/12 и 9/6-9/8 включительно. Особенно предпочтительно, чтобы фенотиазин в форме гранул имел ярко-желтый цвет, еще более предпочтительно - ярко-желтый цвет, эквивалентный цвету хлопьевидного фенотиазина.
Продукт фенотиазина в форме гранул предпочтительно содержит по меньшей мере 99,6% фенотиазина.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения твердого материала фенотиазина в форме гранул, включающий дробление потока расплавленного материала фенотиазина на множество равных по размеру капелек и охлаждение капелек с образованием твердого материала фенотиазина в форме гранул, при этом материал фенотиазина поддерживают в атмосфере инертного газа (предпочтительно азота), пока он находится в расплавленном состоянии. Кроме того, предпочтительно поддерживать атмосферу инертного газа до тех пор, пока материал фенотиазина в форме гранул не охладился до температуры ниже примерно 140°С.
Подробное описание изобретения
Гранулы могут быть образованы путем подачи расплавленного материала фенотиазина в по меньшей мере одну форсунку, имеющую множество отверстий, для образования расплавленных капелек материала фенотиазина, которые охлаждают с образованием гранул. Расплавленный материал фенотиазина может быть в любой доступной форме материала фенотиазина, такой как порошок или хлопья.
Фенотиазин является твердым материалом, который в настоящее время коммерчески доступен как в форме хлопьев, так и в форме порошка. Как используется в данном описании, материал фенотиазина может включать любой аналог или производное фенотиазина при условии, что он находится в твердой форме и его можно получить в расплавленной форме, например, при приложении тепла.
Фенотиазин имеет молекулярный вес 199,26 и химическую формулу C12H9NS. Типичный коммерчески доступный фенотиазин имеет температуру плавления 184°С и температуру кипения 371°С. Насыпная плотность составляет около 0,85 для хлопьевидного продукта и около 0,75 для порошка. Химическая формула фенотиазина следующая:
Материал фенотиазина включает фенотиазин и его аналоги и производные, включая, без ограничения, соединения формулы (II):
где R1, R2 и R3 могут быть одинаковыми или различными и могут представлять водород; галогены, такие как хлор и фтор и т.п.; разветвленные или с прямой цепью и замещенные или незамещенные углеводородные группы, такие как алкильные, алкенильные или алкинильные группы, содержащие от 1 до 26 атомов углерода; замещенные или незамещенные арильные группы и аралкильные группы или функциональные группы, включающие, но не ограничивающиеся этим, сульфонил, карбокси, амин, алкиламин, гидрокси, карбокси, силил, силокси; и другие подобные производные и их соли. Заместители для вышеуказанных углеводородных, арильных и аралкильных групп могут включать любую из указанных выше функциональных групп, а также внутрицепочечные элементы, такие как кислород, сера, кремний, азот и т.п. Наиболее предпочтительно, каждый из R1, R2 и R3 в формуле (II) представляет собой водород. В формуле (II) m и n предпочтительно независимо имеют значение от около 1 до около 4.
Для образования гранул материал фенотиазина в расплавленной форме, который может быть фенотиазином в соответствии с формулой (I) и/или производными фенотиазина или аналогами в соответствии с формулой (II), подают в камеру форсунки струйного аппарата для формирования гранул (приллера), способного принимать расплавленный материал фенотиазина, и пропускают через формирующую гранулы форсунку(и), имеющую множество отверстий.
Прилагаемый рисунок способствует пониманию краткого изложения и подробного описания изобретения, как это изложено выше, включая его предпочтительные воплощения. Для целей иллюстрации изобретения на рисунке показано предпочтительное воплощение изобретения. Однако необходимо понимать, что изобретение не ограничивается конкретным расположением и оборудованием, показанными на чертеже, на котором схематически представлен струйный приллер и оборудование обеспечения, подходящие для получения гранул фенотиазина в соответствии с изобретением. Способ получения гранул фенотиазина в соответствии с изобретением описан со ссылкой на чертеже.
Фенотиазин удобно преобразуют в расплавленное состояние путем нагревания до температуры от около 190°С до около 215°С, более предпочтительно от около 205°С до около 215°С, в питательном резервуаре (1) в инертной атмосфере (предпочтительно газообразный азот), подаваемой из находящегося под давлением хранилища инертного газа (2). Расплавленную массу затем под давлением инертного газа перемещают в резервуар для кондиционирования (3), где температуру регулируют до около 195-200°С. Давление инертного газа (предпочтительно азот) в резервуаре для кондиционирования (3) поддерживают на уровне около 1,5-3 бар для передачи расплавленного фенотиазина под давлением азота в форсуночную камеру (5) струйного приллера (6) через фильтр (4) для удаления инородного материала. Давление инертного газа в форсуночной катере (5) тщательно контролируют при установленном давлении предпочтительно между 0 и 1 бар и более предпочтительно от 0,035 до 0,80 бар для контроля скорости потока фенотиазина через приллинг-форсунку (7). Было замечено, что при подаче расплавленного фенотиазина в форсуночную камеру при температуре выше чем около 215°С и/или при работе при давлении выше примерно 1 бар в форсуночной камере (5) происходит добавление расплавленного фенотиазина менее контролируемым образом с образованием более мелких капелек, приводя таким образом к большему количеству высокодисперсных частиц в конечном продукте.
По мере прохождения расплавленного фенотиазина через отверстия приллинг-форсунки (7) на верх приллинг-колонны (8) он дробится контролируемым способом на капельки размером от примерно 1 мм до примерно 2 мм под действием вибрационной мембраны (9) в стенке форсуночной камеры (5), которая вибрирует под действием вибрационного устройства (10), работающего при частоте от около 100 до около 1500 Гц, более предпочтительно от около 400 до около 1100 Гц. Поток сжиженного инертного газа, в частности жидкого азота, одновременно подают в боковую часть приллинг-колонны (8) из хранилища сжиженного инертного газа (11), и смесь холодного инертного газа, в жидкой и газообразной формах, быстро охлаждает небольшие капельки расплавленного фенотиазина до в основном сферических гранул. Использование холодного инертного газа, в частности азота, является важным для поддержания качества продукта и для получения цвета продукта от зеленовато-желтого до желтого. Хотя для получения гранул фенотиазина по настоящему изобретению можно использовать и другие инертные охлаждающие газы, азот является предпочтительным, поскольку он является особенно эффективным для быстрого охлаждения гранул и предотвращения какого-либо контакта с окисляющей атмосферой, сохраняя таким образом предпочтительный желтый цвет, в частности цвет в пределах, определенных символом Hue: 5Y цветовой интервал: 8/4-8/12, 8,5/4-8,5/12 и 9/4-9/8 включительно.
Капельки сначала охлаждаются под действием смеси холодного газообразного и жидкого инертного газа (в частности азота) до частично кристаллических гранул по мере их прохождения через приллинг-колонну (8). К тому времени, когда гранулы достигают нижней части приллинг-колонны (8), они в основном имеют температуру от около 120°С до около 170°С, более предпочтительно около 140°С, оттуда они перемещаются в спиральный охладитель (12), имеющий форму циклона, где гранулы далее охлаждаются в атмосфере холодного инертного газа до полной их кристаллизации к тому времени, когда они достигают нижней части спирального охладителя (12). В этом месте их извлекают из струйного приллера (6) через воздушный затвор (13) для предотвращения доступа воздуха, в то время как инертный газ, переносящий любые высокодисперсные частицы, которые могут случайно образовываться при прохождении через форсунку, выходит из спирального охладителя (12) через боковой отвод.
Было обнаружено, что качество гранул фенотиазина связано с относительной скоростью потоков фенотиазина и инертного газа. Скорость потока азота через приллинг-колонну (8) и спиральный охладитель (12) предпочтительно составляет от 0,25 до 0,3 кг/кг образованных гранул фенотиазина.
Инертный газ, выходящий из спирального охладителя при помощи вентилятора (15) подают в циклон (14) для удаления высокодисперсных частиц и рециклируют в приллинг-колонну (8) через охладитель (16) для пополнения потока свежего жидкого азота.
Предпочтительным струйным приллером является коммерчески доступный от GMF Gouda, Goudsche Machinefabriek, B.V., Waddinzveen, Holland, имеющийся в продаже как модель JP15, и гранулы можно получать с использованием такого струйного приллера.
Фенотиазин в форме гранул полезен для многих применений, в частности таких, где использование порошкообразного фенотиазина является проблематичным. Гранулы фенотиазина по настоящему изобретению можно использовать в широком ряде применений, в том числе в качестве стабилизатора для различных химических применений. Продукт также можно использовать в качестве ингибитора, антиоксиданта и прерывателя (агента обрыва реакции) во множестве самых различных применений, таких как стабилизация акриловой кислоты, сложных эфиров и мономеров или в качестве стабилизатора для хлоропренового мономера, стирольного мономера и других виниловых мономеров. Продукт в виде гранул также полезен в качестве антиоксиданта в синтетических смазках и маслах, полиолах для полиуретанов и полиэфиров и винилэфирных смол. Благодаря высокому уровню активности фенотиазин действует при очень низких концентрациях и усиливает действие других стабилизаторов. Он также хорошо действует в сильнокислотном окружении, а также в атмосфере воздуха или азота. Материал фенотиазина, в форме гранул, также является полезным фармацевтическим промежуточным соединением.
Материал фенотиазина в форме гранул по настоящему изобретению предпочтительно имеет менее примерно 6% и более предпочтительно менее примерно 1 мас.% высокодисперсных частиц (порошок), т.е. частиц с диаметром менее примерно 500 микрон. Кроме того, материал фенотиазина в форме гранул предпочтительно имеет средний диаметр, измеренный по наибольшей длине полученных гранул, от около 0,5 мм до около 2,3 мм и более предпочтительно от около 1 мм до около 2 мм. В основном сферические гранулы материала фенотиазина по настоящему изобретению имеют значительно улучшенные характеристики текучести благодаря их однородному размеру и в основном они более безопасны для использования, чем стандартный материал фенотиазина в хлопьевидной или порошкообразной форме.
Далее изобретение будет подробно описано со ссылкой на приведенные ниже неограничивающие примеры.
Пример 1
Мелкомасштабное испытание в имитированном лабораторном приллере
Трехгорлую реакторную колбу емкостью 1 л использовали для имитации питательного резервуара шуппен-аппарата. Колба была снабжена подачей азота, мешалкой для перемешивания, температурным зондом и нижним выходным отверстием. В аппарате создавали вакуум и три раза продували азотом перед загрузкой продукта под азотом. Затем в реактор загружали хлопьевидный фенотиазин, который нагревали под азотом до расплавленного состояния при температуре примерно 200°С. Расплавленный фенотиазин затем медленно капали через клапан в нижнем отверстии (имитированная форсунка) в примерно 1 литр жидкого азота (при примерно -192°С) в снабженный вакуумной рубашкой сосуд Дьюара. Были образованы ярко-желтые гранулы и их подвергали селективному анализу. Ярко-желтые гранулы соответствовали всем требованиям к продукту, не наблюдалось никакого осадка и их обрабатывали таким же способом и с эффективностью, как стандартный хлопьевидный фенотиазин.
Пример 2
Крупномасштабное испытание в коммерческом струйном приллере (см.чертеж)
Хлопьевидный фенотиазин загружали в питательный резервуар (1). Хлопья затем плавили и передавали при около 200°С под давлением 3,1 бар (газообразный азот) в резервуар для кондиционирования (3). Затем продукт подавали под давлением азота в камеру форсунки (5) струйного приллера с замкнутым циклом модели JP15/1 от GMF Gouda (6), имеющего форсунку (7) со 100 отверстиями, каждое диаметром около 0,5 мм. Скорость потока фенотиазина через форсунку (7) контролировали, поддерживая постоянное давление азота в камере форсунки (5). Затем продукт дробили на капельки диаметром 1-2 мм по мере прохождения его через форсунку (7) при помощи вибрационной мембраны (9) в стенке камеры форсунки (5), регулируемой при помощи стробоскопа на частоте 1005-1007 Гц. Гранулы образовывались из капелек путем мгновенного охлаждения жидким азотом расплавленных капелек до твердой формы гранул. Расплавленный поток имел температуру примерно 200°С (в пределах примерно от 194,7 до 195,5°С) и температура жидкого азота составляла примерно -192°С. Скорость потока жидкого азота из хранилища сжиженного инертного газа (11) менялась от 0,25 кг азота/кг гранул до 0,30 кг азота/кг гранул. Продукт отверждался до гранул по мере его прохождения через жидкую/газообразную атмосферу азота в криогенной приллинг-колонне (8). Дальнейшее охлаждение происходило в спиральном охладителе (12), после чего продукт разгружали из струйного приллера (6) через воздушный затвор (13). Газообразный азот, содержащий какие-либо образованные высокодисперсные частицы, отводили при помощи вентилятора (15) через циклон (14) для удаления высокодисперсных частиц и газообразный азот рециркулировали обратно в приллинг-колонну (8) после прохождения через охладитель (16).
В результате испытания получали гранулы фенотиазина от зеленовато-желтых (цветовой диапазон Munsell: 5Y/8/6) до желтых (цветовой диапазон Munsell: 5Y/9/6), которые соответствовали всем стандартным требованиям к продукту, не осаждались и обладали эффективностью, подобной стандартному хлопьевидному фенотиазину. Гранулы также показали улучшенную обрабатываемость и текучесть.
Образовавшиеся гранулы имели в основном сферическую форму и средний диаметр около 1 мм. Гранулы также имели низкий угол естественного откоса и показали очень узкое распределение размера частиц. Было получено низкое содержание высокодисперсных частиц (порошок), менее 1%, и продукт не имел тенденцию к слеживанию. Продукт также показал характеристики текучести, транспортирования и обрабатываемости значительно выше, чем у существующего хлопьевидного продукта. Кроме того, благодаря более однородной форме и более мелкому среднему размеру частиц гранулы показали улучшенное время растворения по сравнению с хлопьевидным продуктом. Сравнение свойств стандартного хлопьевидного продукта и гранул, полученных в Примере 2, приводится в Таблице 1.
При правильном контроле, как описано выше, и в инертной атмосфере, предпочтительно обеспечиваемой жидким и газообразным азотом, возможно получение фенотиазина в форме гранул с желаемыми свойствами и цветом.
На основании вышеизложенного были получены гранулы фенотиазина, которые показали свойства, по меньшей мере сопоставимые и в большинстве случаев превосходящие свойства хлопьевидного и порошкообразного фенотиазина. Гранулы также, что является выгодным, продемонстрировали по существу однородный средний диаметр и узкое распределение размера частиц, а также содержали лишь очень небольшое количество высокодисперсных частиц. Такие характеристики обеспечивали меньше случаев слеживания и/или комкования и показали улучшенные свойства текучести при транспортировании и использовании. Другие важные преимущества, получаемые с использованием гранул, включают улучшение экологической безопасности и безопасности рабочих помещений, а также снижение производственных затрат, что является результатом низкого уровня высокодисперсных частиц.
Специалистам в данной области должно быть понятно, что могут быть изменения вариантов воплощения изобретения, описанных выше, без отступления от их широкой изобретательской концепции. Поэтому должно быть понятно, что данное изобретение не ограничивается конкретными раскрытыми вариантами его воплощения, но предусматривает модификации, не выходящие за рамки сути и объема данного изобретения, как это определено в прилагаемой формуле изобретения.
Реферат
Изобретение относится к (а) фенотиазину или аналогу фенотиазина или производному (материалу фенотиазина) в форме гранул в основном сферической формы, содержащему очень низкое количество высокодисперсных частиц, а также к (b) способу получения материала фенотиазина в форме гранул, имеющих в основном сферическую форму. R1,R2,R3такие, как указано в формуле изобретения. Технический результат: Материал фенотиазина в форме гранул показывает лучшую обрабатываемость, текучесть и время растворения при сведении к минимуму образования высокодисперсных частиц и проблем раздражения и повышения чувствительности, вызываемых такими высокодисперсными частицами. 9 н. и 35 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Формула
