[发明专利]一种利用电化学管式反应器电解合成丁二酸的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种利用自流式电化学管式反应器电解合成丁二酸的方法。

(二)背景技术

丁二酸(succinic acid，简称SA)俗名琥珀酸，以丁二酸酯的形式广泛存在于动植物中。丁二酸及其酸酐分子中因含有亚甲基而具有许多独特的性能，是合成各种复杂有机化合物的中间体和原料，它广泛用于医药、食品、农药、染料、香料、油漆、塑料和材料工业，可以取代很多基于苯和石化中间产物，可减少在超过250种苯基化学制品的生产和消费过程中所产生的污染。尤其是以丁二酸为原料经缩聚反应合成的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为一种生物降解塑料开始得到广泛应用，市场对丁二酸等原材料的需求量将进一步增加。

工业上合成丁二酸主要有化学法、生物法和电解法。目前，大部分工业用丁二酸是通过化学法生产的，主要有氧化法、加氢法和催化加成法等，这些方法工艺比较成熟，但存在较多的问题，如副反应较难控制、产率低、纯度不高、操作条件难度高、使用催化剂价格昂贵等，而且在生产过程中会造成大量的污染。近年来，生物转化法生成丁二酸逐渐成为国内外研究的热点，如CN1814747A。但仅限于实验室研究阶段，工业化生产尚需时日。电解合成丁二酸技术和工艺现较已成熟，目前，已开发出了隔膜法、无隔膜法和成对电合成等多种合成丁二酸的电化学技术，如CN2158409Y和CN2651267Y。

目前，工业上普遍使用无隔膜板框式电解槽。此类电解槽采用间歇式循环电解生产丁二酸的方法，因其需外力使电解液循环，所消耗电能较大，而且泄露点多，常有滴漏现象，使操作控制困难。电化学管式反应器具有区域反应同步，电力线封闭，不存在死区，电能利用率高等特点，在污水处理方面已有专利报道，但在电化学合成方面的应用尚未见文献报道。

(三)发明内容

本发明提供一种利用自流式连续工作的电化学管式反应器电解合成丁二酸的方法，此方法具有节能、减排的特点。

本发明采用的技术方案是：

一种利用电化学管式反应器电解合成丁二酸的方法，所述电化学管式反应器主要包括贮液槽、电解槽、集液槽，以及连接贮液槽和电解槽的进液管，与连接电解槽和集液槽的出液管，所述电解槽槽体内设置有一个以上管状单元电解槽，所述单元电解槽内设置圆筒状的阴极和棒状阳极，所述棒状阳极位于所述圆筒状阴极的轴心；所述阴极为圆筒形的板状结构或多孔结构，阴极材料为铅或本领域常见的铅合金；所述阳极为空心棒结构，阳极材料为铅或本领域常见的铅合金；所述各单元电解槽的电极连接方式为并联或者串联，或者为并串联结合。

所述方法包括：以顺丁烯二酸酐质量浓度5～20％、硫酸质量浓度2～10％的溶液为电解液，电解液从贮液槽经进液管输入电解槽，在电解槽中于40～80℃、电流密度100～900A/m²条件下电解，电解反应结束后，反应液经过滤、浓缩、结晶、干燥，得到所述丁二酸。

所述电解槽槽体内设置有多个串联的管状单元电解槽，相邻单元电解槽之间设置有绝缘隔板(通常为两块)和筛孔分流板，所述绝缘隔板上设置有导流孔，各单元电解槽通过导流孔和筛孔分流板相连通，电解液先通过导流孔，再经过筛孔分流板分流。

优选的，所述贮液槽、电解槽、集液槽自上而下布置，所述电解槽为垂直布置。这样，电解液由贮液槽通过重力作用自动流入电解槽槽体，然后从第一单元电解槽经导流孔、分流板进入第二个单元电解槽，依次直至最后一个单元电解槽，最后由出液管流出反应液，这样可免去泵的输送，节省了动力消耗，达到了节能目的。

所述各单元电解槽电极可以串联、并联或者串联和并联结合的方式连接，优选为并联连接。

所述进液管和出液管可设置流速控制装置，以调节电解液在电解槽槽体内的流速。

所述集液槽和贮液槽通过循环泵连接，所述集液槽为U型集液槽，可与外界水槽进行热交换。

优选的，所述电解液为顺丁烯二酸酐质量浓度10％、硫酸质量浓度5％的溶液。

优选的，贮液槽、电解槽、U型集液槽自上而下布置，所述电解槽槽体内设置3～6个串联的管状单元电解槽，各单元电解槽电极为并联连接，所述U型集液槽和贮液槽通过循环泵连接，所述方法如下：以顺丁烯二酸酐质量浓度10％、硫酸质量浓度5％的溶液为电解液，电解液置于贮液槽中，电解液由进液管流入电解槽，经出液管流入U型集液槽，再经循环泵打入贮液槽，于40～80℃、电流密度100～900A/m²条件下进行循环电解，电解反应结束后，反应液经过滤、浓缩、结晶(静置16～20小时)、干燥，得到所述丁二酸。