[发明专利]基于无隔膜电解槽的阶梯式串联溢流法制备丁二酸方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学合成领域，具体涉及电解槽的设计及一种串联溢流法技术制备基丁二酸的方法，采用该方法具有生产流程简单，操作方便，节能减排的效果。

技术背景

以电化学方法制备丁二酸的主要反应原理是：

顺丁烯二酸酐在阴极室内水解为顺丁烯二酸，继而在阴极上电还原生成丁二酸，其反应方程式如下：

电解条件|：

电流密度：10～100mA·cm^-2；

电解槽电压：2～4V；

电解液温度：20℃～65℃。

电解液配制：

通常采用的电解液为酸性顺丁烯二酸的水溶液，其组成为0.1～3.0mol·L^-1顺丁烯二酸和0.1～0.5mol/L的硫酸溶液。

为了避免生成的丁二酸在阳极上发生副反应，因此以电化学方法生产丁二酸的技术又分为隔膜法和无隔膜法两种。隔膜法又分单膜法和双极膜法。食品医药行业对电合成的丁二酸纯度要求较高，以隔膜法生产为宜。

近年来丁二酸作为有机化工原料广泛应用于染料、塑料、涂料、粘合剂等方面，对丁二酸产品纯度的要求相对放宽，无隔膜法电合成丁二酸因其电解槽结构简单，操作方便，得到了较快的发展。

但不论隔膜法和无隔膜法生产丁二酸均采用间歇式生产方式，即每批量电解槽中的顺丁烯二酸转化成丁二酸后必须停电放料，将产品丁二酸放出后，再重新往电解槽中加入新的原料，重新通电生产。间歇式生产的弊端是显而易见的。每批次开停电源不但不利于整流器的安全生产，且操作麻烦，工作量大。

安全生产与节能技术一直是电解生产中人们关注的焦点。本发明采用一种串联溢流法技术生产基丁二酸。该方法具有生产流程简单，操作方便，节能减排的效果。

本发明的具体内容是电解槽采用阶梯式排布，即上一电解槽的电解液依次溢流至下一电解槽中继续电解，经检验达到规定成品丁二酸浓度的电解液流出电解槽后直接送往蒸馏工序，从而实现了丁二酸的连续制备。丁二酸熔点的文献值188℃。

发明内容

本发明的技术方案是一种基于无隔膜技术，电解槽采用阶梯式排布，电解液串联溢流，以价廉的顺丁烯二酸酐为原料制备丁二酸。采用本发明方法，制备条件温和，在室温～65℃下生产，电流效率高于90%，尚未见有文献报道。

为达到以上目的，本发明通过以下的的技术方案来实现：

1、阶梯式串联溢流槽组的排布：

阶梯式串联溢流槽组由电解液原料槽、5～10个等大小的电解单槽和产品槽组成，电解液原料槽位于最前端，5～10个等大小的电解单槽和产品槽依次阶梯式排列，产品槽位于最后一级，阶梯落差为100～300mm，上一级电解单槽与下一级电解单槽以及产品槽之间设有溢流管连接，溢流管中设置有开与关的控制阀；溢流管呈倒“L”型，上一级电解单槽电解液液面正好将溢流管上端进液口淹没，溢流管下端出液口插入下一级电解单槽近底部，从而保证上一槽的电解液在控制阀打开的状态下能顺利溢流至下一个电解单槽中；电解液原料槽通过输液泵对第一级电解单槽供电解液。

2、阶梯式串联溢流电解：

在全部打开溢流管中设置的控制阀后，通过输液泵将电解液原料槽中的电解液泵入第一级电解单槽中，逐级溢流直至达到最后一级电解单槽的满水位止，关闭输液泵和全部溢流管中的控制阀，通电开始电解。根据法拉弟定律理论，以电流效率100%计在电解时间达到估算出的各电解单槽的电解时间后，开启溢流管中控制阀，通过输液泵不间断地对第一级电解单槽提供电解液原料让电解液以设定的速度逐级流动，并在产品槽中收集电解产品送蒸馏工序浓缩结晶得到丁二酸晶体成品。电解液的流速应根据通电电流的大小而定，原则上应保证电解液流出电解槽时电解液中丁二酸的产率大于90%。

本发明所述的电解单槽是以石墨为阳极，铅为阴极，平行交错排列，极距2mm～20mm。小极距有利于减小电解液的IR降，降低电解槽电压，达到了节能的效果。

实施效果：在20C～65°C下制备。当电流密度为10～100mA·cm^-2，丁二酸的产率达80～90%，平均电流效率为80～90%，电解槽电压<4V，达到了节能的效果。

附图说明

图1是本发明所述的阶梯式串联溢流电解槽组排布示意图。

具体实施方式

图1中，1是电解单槽，2是控制阀，3是呈倒“L”型的溢流管，4是产品槽，5是输液泵，6是电解液原料槽。

实施例1