本发明涉及丁二酸的合成领域,具体涉及一种丁二酸的清洁电化学合成工艺。
背景技术:
丁二酸俗名琥珀酸,是一种重要的精细化工产品和有机合成中间体,广泛应用与塑料、橡胶、医药、食品等领域中,其中最具前景的领域为合成塑料,它是生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(pbs)的主要原料。丁二酸的生产方法有很多,工业上应用较多的有发酵法、电解法以及催化加氢法,其中电解法在20世纪30年代就已经实现工业化生产,目前,我国丁二酸生产主要还是采用该技术,其反应基本原理如下:
阴极反应:hoocch=chcooh+2h++2e-→hooch2ch2cooh
阳极反应:h2o→2h++2e-+1/2o2
总反应:hoocch=chcooh+h2o→hooch2ch2cooh+h2o
电解法合成丁二酸的工艺以顺酐为原料,稀硫酸溶液作为电解质,采用金属铅板作为阴阳极,经过电解、结晶、分离、洗涤、干燥制得丁二酸,该工艺存在电流效率低,只有70%;阳极板腐蚀严重,每半个月就要更换一次阳极板。为了克服现有电解法的诸多缺点,本发明提供一种清洁、高效的合成工艺。
技术实现要素:
本发明为了解决现有电解法合成丁二酸中电流效率低,电解槽极板腐蚀严重的缺点,提供一种丁二酸的清洁电化学合成工艺。
本发明的技术方案为一种丁二酸的清洁电化学合成工艺,其特征在于:
反应装置:采用无隔膜电解槽多级串联的方式,进行连续加料、连续出料的工作方式,阳极采用铅基多元合金,其中含有银、锆金属,阴极采用镍铅合金,单电极面积为0.2m2,电解槽采用玻璃钢材质,电解液的传质采用泵循环;
工艺参数控制范围如下:电解液中顺丁烯二酸酐的浓度为8~16%,硫酸浓度为3~10%,电解温度为30~60℃,电流密度为10~20a/dm2,电解液流速为0.05~0.15m/s。
具体操作步骤:(1)将水和硫酸按比例要求分别打入高位槽计量,在反应釜中配制成稀硫酸;(2)将顺酐按工艺要求加入反应釜,与稀硫酸混合配制成电解液;(3)将电解液升温至一定温度,开启整流器调制恒压,然后开启循环泵开始循环电解,将整流器调整至恒流电解,同时连续补加顺酐的回收母液;(4)电解液经过冷却结晶、过滤、重结晶得到丁二酸,母液回收。
本发明的有益效果在于:本发明采用无隔膜电解槽多级串联的方式,进行连续加料、连续出料的工作方式,阳极采用铅基多元合金,阴极采用镍铅合金,电解槽采用玻璃钢材质,整个电解槽耐腐蚀、抗高温形变老化;优化的工艺参数和操作方式,使得丁二酸产率提高、电流效率高,而且连续加料出料的方式适合规模生产。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行具体说明。
实施例1:
电解液中顺丁烯二酸酐的浓度为8%,硫酸浓度为3%,混合均匀后升温至30℃,开启整流器调至恒压5v,开启泵循环正常后,将整流器切换至恒流电解方式,电流调至200a,电流密度为10a/dm2,电解液流速为0.05m/s,大电流电解,同时以2kg/h的速度将顺酐连续加入电解液,电解8小时后停止循环泵,保温,待电解液全部回流至循环槽后关闭整流器,停止电解,电解液经过冷却结晶、过滤、重结晶得到丁二酸,母液回收,丁二酸的产量为92%,电流效率95%。
实施例2:
电解液中顺丁烯二酸酐的浓度为10%,硫酸浓度为5%,混合均匀后升温至40℃,开启整流器调至恒压5v,开启泵循环正常后,将整流器切换至恒流电解方式,电流调至250a,电流密度为12.5a/dm2,电解液流速为0.1m/s,大电流电解,同时以2kg/h的速度将顺酐连续加入电解液,电解8小时后停止循环泵,保温,待电解液全部回流至循环槽后关闭整流器,停止电解,电解液经过冷却结晶、过滤、重结晶得到丁二酸,母液回收,丁二酸的产量为94%,电流效率96.7%。
实施例3:
电解液中顺丁烯二酸酐的浓度为15%,硫酸浓度为8%,混合均匀后升温至50℃,开启整流器调至恒压5v,开启泵循环正常后,将整流器切换至恒流电解方式,电流调至250a,电流密度为12.5a/dm2,电解液流速为0.1m/s,大电流电解,同时以2kg/h的速度将顺酐连续加入电解液,电解8小时后停止循环泵,保温,待电解液全部回流至循环槽后关闭整流器,停止电解,电解液经过冷却结晶、过滤、重结晶得到丁二酸,母液回收,丁二酸的产量为93%,电流效率96.1%。
实施例4:
电解液中顺丁烯二酸酐的浓度为16%,硫酸浓度为10%,混合均匀后升温至60℃,开启整流器调至恒压5v,开启泵循环正常后,将整流器切换至恒流电解方式,电流调至400a,电流密度为20a/dm2,电解液流速为0.15m/s,大电流电解,同时以2kg/h的速度将顺酐连续加入电解液,电解8小时后停止循环泵,保温,待电解液全部回流至循环槽后关闭整流器,停止电解,电解液经过冷却结晶、过滤、重结晶得到丁二酸,母液回收,丁二酸的产量为90%,电流效率92%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改和等同替换,均应包含在本发明的保护范围之内。