丙二酸合成工艺探究

2021-01-18

探索科学(学术版) 2020年4期

关键词：乙酸水解产物

宿迁南翔化学品制造有限公司江苏宿迁 223800

1 引言

丙二酸是一种具有活性亚甲基以及羧基基团的有机物，被广泛应用于化工、医药、食品、建筑等多个领域。近年来，在节能环保的政策形势下，丙二酸的因由于具有环保性特点而受到市场的推崇，并获得快速发展。

2 丙二酸的物化性质

丙二酸的化学式为C3H4O4，外观为白色晶体，熔点为135.6℃，易溶于水和乙醚、乙醇，微溶于吡啶，不溶于苯。在温度为68℃的条件下遇水脱去羧基。在温度为80℃的条件下升华。在温度为140℃的条件下发生分解反应，生成乙酸、二氧化碳。

3 丙二酸合成工艺

丙二酸酯水解法：该方法是将丙二酸二乙酯、硫酸、水再温度为80℃～90℃的条件下水解，水解反应完成后再进行减压蒸馏，去除产物中的水和乙醇，最后得到丙二酸和部分剩余硫酸。然后对产物萃取得到丙二酸。最后脱除溶剂，抽滤得到丙二酸固体。化学反应方程式如下：

氰乙酸酯水解法：在碱性条件下，如氢氧化钠溶液环境中，在温度为105℃～115℃的条件下，氰乙酸酯能够发生分解反应，约3h反应完毕后降温到50℃，加入盐酸使产物酸化，得到丙二酸溶液，然后用甲酸乙酯对产物进行萃取，浓缩得到较纯的丙二酸。反应方程式如下：

酯交换法：原料为丙二酸二乙酯、乙酸、水，在温度78℃～85℃条件下酯交换反应，反应完成后在0.01MPa～0.06MPa的条件下进行蒸馏，得到乙酸乙酯和乙醇，剩下的溶液过滤后再浓缩结晶，得到丙二酸粗制品。在温度为50℃～70℃的条件下和压力为0.07MPa～0.12MPa的条件下进行浓缩结晶。得到的丙二酸粗制品在80℃条件下脱水干燥10h左右，得到较纯的丙二酸。反应方程式如下：

氰基乙酸水解法：25℃条件下想氰乙酸钠溶液中加入温度为45℃～55℃的碱液，如氢氧化钠，然后升高温度到100℃～110℃，促进水解反应，反应完成后混合产物冷却到室温，然后向产物中加入浓硫酸，然后升温到50℃～60℃，反应0.5h可得到丙二酸，还有氯化钠。采用活性炭对混合溶液进行脱色，得到的滤液进行减压脱水，得到丙二酸和氯化钠结晶物，对结晶混合物进行提纯分离得到丙二酸。反应方程式如下：

氢氧化钙碱解法：氯乙酸溶液中加入氢氧化钙溶液，促使发生中和反应，调节溶液酸碱度使pH值至7，然后向溶液中加入氰离子的氢化钙溶液，升温到100℃促使反应，然后降温到50℃，向溶液中加入氢氧化钙，在碱性条件下发生水解，反应温度为100℃～102℃，水解反应直到没有明显氨气逸出为止，然后将水解后溶液降温到50℃，对产物溶液进行离心或过滤，得到丙二酸钙。然后再向丙二酸钙中加入无机酸，如硫酸，对丙二酸钙进行酸化，最后对产物进行过滤、脱色、浓缩，除去剩余的硫酸，得到丙二酸。反应方程式如下：

离子交换树脂法：采用723型号的离子交换树脂对丙二酸二乙酯进行催化反应，生成丙二酸。由于采用的催化剂是固体酸催化剂，因此避免了引入其他杂质，可以获得纯度较高的丙二酸，但是催化剂要始终保持较高的反应活性，必要时需要对离子交换树脂进行再生，以提高丙二酸的生产效率。

其他方法：有研究人员以木质素为原料，在催化剂的作用下得到反应产物，然后进行抽滤，向过滤物中加入酯类溶剂进行萃取得到丙二酸。还有研究人员已醋酸甲和碳酸钾为原料，在二氧化碳环境中，温度条件为200℃，在金属催化剂作用下促使原料反应，制成丙二酸钾。上述两种方法中由于使用的催化剂中含有重金属，因此需要注意重金属离子超标问题。

4 工艺路线比较

丙二酸酯水解法和氰乙酸酯水解法是业内最为常用的工艺方法。丙二酸酯水解法的工艺路线简单，而且过程中产生的杂质和废弃物少，可减少废弃物的处理，有利于确保产品纯度。但是由于水解过程是可逆的，在高温环境下丙二酸容易分解成乙酸、二氧化碳和水，因此会影响丙二酸收率。氰乙酸酯水解法工艺路线成熟，而且原料廉价，生产工艺操作简便，是一种十分经济的生产方法。但该工艺氰乙酸中容易混有氯化钠，因此在产物提纯方面有一定的控制难度。酯交换法的生产收率高，而且杂质少，生产周期短，没有废弃物产生，是一种较为经济高效的工艺方法。氰基乙酸水解法的生产过程中会产生氨气，容易溶解在甲醇中，因此处理困难，如果采用萃取的方式萃取剂的成本较高。氢氧化钙碱解法的工艺步骤比较繁琐，同时过程中产生的废弃物量多，需要进行针对性处理，而且产品中容易存在杂质超标的问题。离子交换树脂法的工业应用还不够成熟，仍在工业化推广应用阶段。