綠色化學(xué)與乙基麥芽酚生產(chǎn)廢物循環(huán)利用研究

逄江華，薛守慶，2*，魏 彤，李 雪，李 悅，王浩然

(1.菏澤學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，山東 菏澤 274015；2.菏澤學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 精細(xì)化學(xué)品研究所，山東 菏澤 274015)

1 項(xiàng)目介紹

1.1 氯化鎂的簡(jiǎn)介

氯化鎂是一種由74.54%的氯和25.48%的鎂組成的氯化物，易潮解,將它放置于干燥空氣中會(huì)風(fēng)化而失去結(jié)晶水。為單斜晶體，有咸味和一定的腐蝕性。天然的氯化鎂存在于海水和鹽鹵中。工業(yè)級(jí)的氯化鎂主要用作電解生產(chǎn)金屬鎂的原料，也用于制造氯氧水泥、制冷鹽水、絮凝劑、有機(jī)反應(yīng)的催化劑，食品級(jí)的氯化鎂可被允許限量用于豆制品。

1.2 課題背景

乙基麥芽酚是國內(nèi)外公認(rèn)具有水果味香氣的食品藥品添加劑[1-2]。據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，國際上合成方法主要有半合成發(fā)酵法和全合成法[3]。

其中全合成法以糠醛為原料，先與格氏試劑反應(yīng)制淂乙基糠醇，乙基糠醇再經(jīng)過一系列氧化重排，合成得到乙基麥芽酚。

1.3 項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)

表1 乙基麥芽酚廢渣主要成分

乙基麥芽酚鎂漿回收工藝的研究：鎂漿的回收對(duì)于乙基麥芽酚綠色循環(huán)工藝的建立同樣非常重要。如上文所述， 將鎂漿回收成不同的鎂產(chǎn)品對(duì)應(yīng)著不同的生產(chǎn)工藝。經(jīng)過分析和討論，本次實(shí)驗(yàn)決定將鎂漿回收成氯化鎂。

合成氯化鎂的具體操作和工藝流程在乙基麥芽酚的鎂渣里，利用新型分離裝置提取氯化鎂乙基麥芽酚綠色循環(huán)工藝的物料衡算和評(píng)價(jià)。在探索后的綠色循環(huán)工藝條件下，回收鎂渣。根據(jù)生產(chǎn)工藝每天排出廢酸和鎂漿量，以及實(shí)驗(yàn)研究條件下物料的利用率，進(jìn)行綠色循環(huán)工藝的物料衡算。然后根據(jù)物料衡算來改進(jìn)和優(yōu)化工藝。要求設(shè)計(jì)的綠色循環(huán)工藝基本可以滿足自身循環(huán)物料衡算要求。另外，還要求循環(huán)工藝盡可能保障所有的物質(zhì)和能量安全并可再生地輸入和輸出，減少廢棄物的產(chǎn)生，同時(shí)做到綠色生產(chǎn)，保護(hù)環(huán)境。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 鎂漿回收的工藝原理

鎂漿溶液先與上述回收鹽酸反應(yīng)得到氯化鎂，反應(yīng)原理為：

Mg(OH)Cl+HCl=2H2O+MgCl2

該操作簡(jiǎn)單易上手，與其他方法東西相比引入其它金屬雜質(zhì)較少，在某種程度上降低了生產(chǎn)成本。

2.2 漿循環(huán)工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)乙基麥芽酚產(chǎn)生廢渣的特點(diǎn)，我們知道廢渣里所含有的氯化鎂可以循環(huán)利用，這次工藝流程中我們使用了新型分離裝置，為了讓乙基麥芽酚生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物與噴霧狀態(tài)下的鹽酸充分反應(yīng)，解決了產(chǎn)物中固體泡沫物的凝聚，促進(jìn)其與主體溶液的分離。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了鎂資源的循環(huán)利用，降低了企業(yè)的廢棄物處理成本并提高資源的利用率。

2.2.1 常壓蒸餾

首先我們需要對(duì)固體廢棄物進(jìn)行常壓蒸餾，因?yàn)閺U渣中所含的溶劑主要含有四氫呋喃，其沸點(diǎn)為80℃和65.4℃。所以，在終止沸點(diǎn)為105℃時(shí)以最少的能量消耗及最少的蒸餾時(shí)間達(dá)到最大的蒸出率。

2.2.2 廢渣的酸溶工段

在這個(gè)體系中需加入一定量的鹽酸，控制pH值在4～6之間，升溫至60～80℃，在此條件下鎂及其堿式氯化鎂則會(huì)完全轉(zhuǎn)化為氯化鎂，在此同時(shí)鎂屑也能被轉(zhuǎn)化為氯化鎂，進(jìn)入到溶液中。在實(shí)驗(yàn)中，最初是按照化學(xué)反應(yīng)計(jì)量比確定鹽酸加入量，加入后檢測(cè)溶液pH值降到1～2，呈強(qiáng)酸性。在后工序發(fā)現(xiàn)氯離子洗滌比較困難，我們根據(jù)這一現(xiàn)象，分析這是因?yàn)樗馔瓿珊?，系統(tǒng)中主要成分為氯化鎂，不應(yīng)該呈強(qiáng)酸性，pH值偏低說明鹽酸加入量過多，既浪費(fèi)了原料，還容易造成產(chǎn)品中氯離子含量超標(biāo)，給產(chǎn)品的后處理工序帶來困難。因此，我們決定改為控制溶液在弱酸性條件下進(jìn)行。因此選定通過控制pH值(4～6)值來控制鹽酸的加入量。

2.2.3 水解反應(yīng)

其中，水解溫度也是水解反應(yīng)的主要影響因素，見表2，通過對(duì)比分析，需要找出最優(yōu)的操作參數(shù)。

表2 溫度對(duì)水解的影響

低于65℃以下條件水解時(shí)，鎂的回收率低，說明水解反應(yīng)還不是非常充分，鎂離子未能完全轉(zhuǎn)入溶液中。而在65～75℃范圍內(nèi)，鎂回收率相差不大。因此，選擇65℃為水解反應(yīng)的溫度。

2.2.4 萃取操作工段

在化學(xué)萃取過程中，萃取工藝的關(guān)鍵除了萃取劑的選擇外，還有其他許多參數(shù)影響萃取效果。為了充分除掉氯化鎂溶液中的有機(jī)雜質(zhì)，同時(shí)為了較少萃取劑的用量，故希望找到復(fù)合的萃取劑，使得萃取后的回收率提高。由表3得：復(fù)合萃取劑苯和糠醛的回收率到90.5%。

表3 萃取劑對(duì)回收率的影響

2.2.5 氣提操作工段

汽提法處理含萃取劑的溶液，溶液中萃取劑易揮發(fā)，并具有較強(qiáng)的刺激性以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。因此，本實(shí)驗(yàn)針對(duì)這一特點(diǎn)，提出采用氣提工藝處理萃取后的溶液，氣提出的萃取劑經(jīng)分離器分離回用；設(shè)計(jì)了一種氣提脫有機(jī)溶劑的新思路。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過一系列的實(shí)際操作，我們可以得出以下結(jié)論。在常壓蒸餾過程中，在105℃時(shí)能達(dá)到最大蒸出率；鹽酸HCl最好控制在4～6范圍內(nèi)；水解溫度最適宜為65℃，最后，復(fù)合萃取劑苯+糠醛的回收率高達(dá)90.5%。

3 結(jié)論與展望

(1)根據(jù)原來的生產(chǎn)工藝每天排出廢酸和鎂漿量，以及實(shí)驗(yàn)研究條件下物料的利用率，進(jìn)行綠色循環(huán)工藝的物料衡算。設(shè)計(jì)的綠色循環(huán)工藝基本可以在滿足物料衡算要求。

(2)鎂漿的成功回收為綠色循環(huán)工藝設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。鎂漿回收工藝使得回收鹽酸得到充分利用，同時(shí)產(chǎn)生了大量的氯化鈉，這些氯化鈉經(jīng)提純后可以去氯堿工藝電解。電解制取氫氧化鈉同時(shí)又作為原料返回到鎂漿回收工藝。