[发明专利]脱水环合和恒沸精馏除水耦合的己糖二酸(盐)制备2,5-呋喃二甲酸的装置和方法

说明书

本发明公开了一种脱水环合反应和恒沸精馏除水耦合的己糖二酸(盐)制备2,5‑呋喃二甲酸的装置和方法。该装置集脱水环合反应和恒沸精馏除水于一体。方法的步骤如下：1)打开反应釜搅拌和反应釜夹套加热蒸汽，向脱水环合反应釜中依次加入反应溶剂、己糖二酸(盐)、催化剂、夹带剂，反应产生的水与夹带剂形成共沸物从塔顶溜出，在反应温度100～130℃下反应15～48h；2)反应结束后从分相器回收夹带剂，接着冷却、碱中和，减压蒸馏回收反应溶剂，再经结晶、重结晶后得到2,5‑呋喃二甲酸产品。本发明通过耦合恒沸精馏及时移出反应生成的水，降低副反应的发生，大幅度提高了产物2,5‑呋喃二甲酸的收率。

技术领域

本发明属于化工行业的反应精馏领域，具体涉及一种脱水环合反应和恒沸精馏除水耦合的己糖二酸(盐)制备2,5-呋喃二甲酸的装置和方法。

背景技术

随着化石资源不确定的增加以及人们对环境污染问题的重视，可再生的生物质作为化学工业替代原料越来越受关注。其中生物质基的2,5-呋喃二甲酸(2,5-Furandicarboxylic acid，简称：2,5-FDCA，CAS号：3238-40-2)由于与石油基的对苯二甲酸结构相似，在聚合物、医药、精细化学品、溶剂等领域有广泛应用前景，2004年被美国能源部列为十二种生物质基平台化合物之一，其结构式如下：

目前，2,5-FDCA制备的主流路线是从葡萄糖/果糖出发，先脱水环合生成5- 羟甲基糠醛(5-HMF)，再氧化制得。由于5-HMF反应活性高、稳定性差，分离困难，因而制备成本高，进而严重制约了该路线的工业化进程。

2,5-FDCA也可以从己糖出发，先氧化得到己糖二酸，再脱水环合制备。该路线的优点包括：工艺路线短；原料可以是己糖混合物水溶液、纯度要求低；中间产物己糖二酸非常稳定、分离相对容易。目前己糖二酸的制备不论在化学法、还是生物法上都已经取得了大的突破，从而使该路线显现出巨大的应用潜力。

己糖二酸催化脱水环合制备2,5-FDCA的反应式如下：

该反应目前存在的主要问题是收率偏低，本专利申请人对己糖二酸催化脱水环合制备2,5-呋喃二甲酸工艺进行了系统深入的研究(徐海峰，郑丽萍，王洪营，吕喜蕾，陈旭杰，徐玲，李彦辰，蒋雨希，吕秀阳。半乳糖二酸催化脱水环合制备2,5-呋喃二甲酸工艺及动力学，化工学报，已录用)，发现最高摩尔收率只能达到约50％。

本专利所述的己糖二酸包括葡萄糖二酸、半乳糖二酸(亦称：粘酸)、甘露糖二酸等，己糖二酸盐可以钾盐、钠盐、钙盐等。

从前面的反应式可以看出每生成1摩尔2,5-FDCA会产生3摩尔水，而实验表明水的含量对反应影响巨大，水含量的增加会大大减低产物2,5-FDCA的选择性，从而影响收率。本发明通过加入能与水形成共沸物的夹带剂把水通过恒沸精馏及时溜出，降低副反应的发生，从而大幅度提高产物2,5-FDCA的收率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：己糖二酸(盐)催化脱水环合制备2,5-呋喃二甲酸过程自身产生水，而水的存在严重影响产物的选择性。

为了解决上述技术问题，本发明通过加入能与水形成共沸物的夹带剂把水通过恒沸精馏及时溜出，利用脱水环合反应和恒沸精馏除水耦合的技术及时除去反应产生的水，降低副反应的发生。

为了达到上述目的，本发明提供了一种脱水环合反应和恒沸精馏除水耦合的己糖二酸(盐)制备2,5-呋喃二甲酸的装置和方法。本发明是通过以下技术方案实现的：

一种脱水环合反应和恒沸精馏除水耦合的己糖二酸(盐)制备2,5-呋喃二甲酸的装置，所述装置包括如下组成部分：脱水环合反应釜R、精馏塔D、冷凝器 C、分相器S，其中脱水环合反应釜R与精馏塔D相连，精馏塔D顶接冷凝器C 和分相器S，分相器S与精馏塔D相连。