丙二酸合成工藝探究

宿遷南翔化學(xué)品制造有限公司 江蘇 宿遷 223800

1 引言

丙二酸是一種具有活性亞甲基以及羧基基團(tuán)的有機(jī)物，被廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、建筑等多個(gè)領(lǐng)域。近年來，在節(jié)能環(huán)保的政策形勢(shì)下，丙二酸的因由于具有環(huán)保性特點(diǎn)而受到市場(chǎng)的推崇，并獲得快速發(fā)展。

2 丙二酸的物化性質(zhì)

丙二酸的化學(xué)式為C3H4O4，外觀為白色晶體，熔點(diǎn)為135.6℃，易溶于水和乙醚、乙醇，微溶于吡啶，不溶于苯。在溫度為68℃的條件下遇水脫去羧基。在溫度為80℃的條件下升華。在溫度為140℃的條件下發(fā)生分解反應(yīng)，生成乙酸、二氧化碳。

3 丙二酸合成工藝

丙二酸酯水解法：該方法是將丙二酸二乙酯、硫酸、水再溫度為80℃～90℃的條件下水解，水解反應(yīng)完成后再進(jìn)行減壓蒸餾，去除產(chǎn)物中的水和乙醇，最后得到丙二酸和部分剩余硫酸。然后對(duì)產(chǎn)物萃取得到丙二酸。最后脫除溶劑，抽濾得到丙二酸固體。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

氰乙酸酯水解法：在堿性條件下，如氫氧化鈉溶液環(huán)境中，在溫度為105℃～115℃的條件下，氰乙酸酯能夠發(fā)生分解反應(yīng)，約3h反應(yīng)完畢后降溫到50℃，加入鹽酸使產(chǎn)物酸化，得到丙二酸溶液，然后用甲酸乙酯對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行萃取，濃縮得到較純的丙二酸。反應(yīng)方程式如下：

酯交換法：原料為丙二酸二乙酯、乙酸、水，在溫度78℃～85℃條件下酯交換反應(yīng)，反應(yīng)完成后在0.01MPa～0.06MPa的條件下進(jìn)行蒸餾，得到乙酸乙酯和乙醇，剩下的溶液過濾后再濃縮結(jié)晶，得到丙二酸粗制品。在溫度為50℃～70℃的條件下和壓力為0.07MPa～0.12MPa的條件下進(jìn)行濃縮結(jié)晶。得到的丙二酸粗制品在80℃條件下脫水干燥10h左右，得到較純的丙二酸。反應(yīng)方程式如下：

氰基乙酸水解法：25℃條件下想氰乙酸鈉溶液中加入溫度為45℃～55℃的堿液，如氫氧化鈉，然后升高溫度到100℃～110℃，促進(jìn)水解反應(yīng)，反應(yīng)完成后混合產(chǎn)物冷卻到室溫，然后向產(chǎn)物中加入濃硫酸，然后升溫到50℃～60℃，反應(yīng)0.5h可得到丙二酸，還有氯化鈉。采用活性炭對(duì)混合溶液進(jìn)行脫色，得到的濾液進(jìn)行減壓脫水，得到丙二酸和氯化鈉結(jié)晶物，對(duì)結(jié)晶混合物進(jìn)行提純分離得到丙二酸。反應(yīng)方程式如下：

氫氧化鈣堿解法：氯乙酸溶液中加入氫氧化鈣溶液，促使發(fā)生中和反應(yīng)，調(diào)節(jié)溶液酸堿度使pH值至7，然后向溶液中加入氰離子的氫化鈣溶液，升溫到100℃促使反應(yīng)，然后降溫到50℃，向溶液中加入氫氧化鈣，在堿性條件下發(fā)生水解，反應(yīng)溫度為100℃～102℃，水解反應(yīng)直到?jīng)]有明顯氨氣逸出為止，然后將水解后溶液降溫到50℃，對(duì)產(chǎn)物溶液進(jìn)行離心或過濾，得到丙二酸鈣。然后再向丙二酸鈣中加入無機(jī)酸，如硫酸，對(duì)丙二酸鈣進(jìn)行酸化，最后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行過濾、脫色、濃縮，除去剩余的硫酸，得到丙二酸。反應(yīng)方程式如下：

離子交換樹脂法：采用723型號(hào)的離子交換樹脂對(duì)丙二酸二乙酯進(jìn)行催化反應(yīng)，生成丙二酸。由于采用的催化劑是固體酸催化劑，因此避免了引入其他雜質(zhì)，可以獲得純度較高的丙二酸，但是催化劑要始終保持較高的反應(yīng)活性，必要時(shí)需要對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行再生，以提高丙二酸的生產(chǎn)效率。

其他方法：有研究人員以木質(zhì)素為原料，在催化劑的作用下得到反應(yīng)產(chǎn)物，然后進(jìn)行抽濾，向過濾物中加入酯類溶劑進(jìn)行萃取得到丙二酸。還有研究人員已醋酸甲和碳酸鉀為原料，在二氧化碳環(huán)境中，溫度條件為200℃，在金屬催化劑作用下促使原料反應(yīng)，制成丙二酸鉀。上述兩種方法中由于使用的催化劑中含有重金屬，因此需要注意重金屬離子超標(biāo)問題。

4 工藝路線比較

丙二酸酯水解法和氰乙酸酯水解法是業(yè)內(nèi)最為常用的工藝方法。丙二酸酯水解法的工藝路線簡(jiǎn)單，而且過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)和廢棄物少，可減少?gòu)U棄物的處理，有利于確保產(chǎn)品純度。但是由于水解過程是可逆的，在高溫環(huán)境下丙二酸容易分解成乙酸、二氧化碳和水，因此會(huì)影響丙二酸收率。氰乙酸酯水解法工藝路線成熟，而且原料廉價(jià)，生產(chǎn)工藝操作簡(jiǎn)便，是一種十分經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法。但該工藝氰乙酸中容易混有氯化鈉，因此在產(chǎn)物提純方面有一定的控制難度。酯交換法的生產(chǎn)收率高，而且雜質(zhì)少，生產(chǎn)周期短，沒有廢棄物產(chǎn)生，是一種較為經(jīng)濟(jì)高效的工藝方法。氰基乙酸水解法的生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生氨氣，容易溶解在甲醇中，因此處理困難，如果采用萃取的方式萃取劑的成本較高。氫氧化鈣堿解法的工藝步驟比較繁瑣，同時(shí)過程中產(chǎn)生的廢棄物量多，需要進(jìn)行針對(duì)性處理，而且產(chǎn)品中容易存在雜質(zhì)超標(biāo)的問題。離子交換樹脂法的工業(yè)應(yīng)用還不夠成熟，仍在工業(yè)化推廣應(yīng)用階段。

5 丙二酸的發(fā)展

結(jié)合丙二酸工藝的不足之處，未來丙二酸的技術(shù)發(fā)展將集中在雜質(zhì)含量的控制以及廢棄物的處理技術(shù)方面，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，減少雜質(zhì)含量，提高產(chǎn)品純度，同時(shí)采用綠色催化劑減少重金屬帶來的污染，推動(dòng)丙二酸生產(chǎn)工藝走上綠色發(fā)展道路。

6 結(jié)語(yǔ)

丙二酸是一種具有活性亞甲基以及羧基基團(tuán)的有機(jī)物，被廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、建筑等多個(gè)領(lǐng)域。本文對(duì)丙二酸合成工藝進(jìn)行了論述，旨在推動(dòng)丙二酸生產(chǎn)工藝水平的提升，更好地滿足市場(chǎng)對(duì)丙二酸質(zhì)量和數(shù)量的需求。