一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，包括阴极存料罐、阴极储罐、阳极储罐、阴极气液分离罐、阳极气液分离罐和若干个电解槽模块，若干个所述电解槽模块均分为阳极腔室和阴极腔室，若干个所述阴极腔室一端均与阴极储罐输出端连接有阴极进料总管，且阴极进料总管两端之间设置有阴极泵和阴极进料阀。本发明专利技术通过多个电解槽模块连接方式的切换，实现间歇与连续两种操作的自由切换，最终达到连续化生产的目的：将多个电解槽模块先并联，让阴极液在阴极存料罐和电解槽之间快速循环反应，当阴极液中的乙醛酸浓度到达既定值后，切换成串联方式，关闭循环，进行连续化生产。进行连续化生产。进行连续化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法


[0001]本专利技术属于有机电解
，特别涉及一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法。

技术介绍

[0002]乙醛酸是一种重要的化工原料和中间体，在医药、农药、香料、造纸、食品添加剂和 生物化学等领域广泛应用。目前主要用于广谱抗生素阿莫西林、香料香兰素、抗高血压药物 阿替洛尔、化妆品添加剂尿囊素、高附加值芳香醛和农药中间体生产中。乙醛酸工业生产 方法主要有乙二醛硝酸氧化法、草酸电解还原法和顺酐臭氧氧化法，工业品通常为 40％或 50％乙醛酸水溶液。由于草酸电解还原法产品浓度低和生产成本高，难以大规模生产，目前 工业上主要采用乙二醛硝酸氧化法生产乙醛酸。
[0003]乙二醛和硝酸在40度左右的温度下反应后进行真空浓缩、过滤后得到乙醛酸产品。乙二醛的转化率可达90%，总收率70～80%。该工艺路线优点在于流程简单、装置投资小、易于工业化生产。缺点在于高浓度强酸会引起设备和管道的腐蚀、未转化的乙二醛和无机酸的分离复、以及反应生成的氮氧化物污染环境，成本相对较高。
[0004]目前，美国专利469226中叙述了一种草酸阴极电解还原制备乙醛酸的方法，该方法中指出无论是采用间歇还是连续生产，都最好让料液中草酸的摩尔浓度保持在0.7
±
0.1M，相当于质量浓度在55
‑
80 g/L料液左右。但无论是间歇还是连续生产，都未对其工艺流程做任何阐述和说明。
[0005]中国专利CN1322860A和CN1281063的两篇专利中也叙述了一种草酸阴极电解还原制备乙醛酸的方法。该方法采用间歇式生产，将草酸溶液存于储罐中，让草酸料液在其中一个储罐和电解槽中不断反应循环直至料液中乙醛酸质量浓度达到6
‑
10%wt，然后将料液打入后续产品分离工段。之后重复上述步骤。但此方法非连续性生产，不适于工业化生产。
[0006]中国公开专利CN112725825A解决了上述问题，开发出可以进行连续化工业生产的工艺方法，并且让电流效率维持在一个较高值，但此工艺仍存在如下不足：
①
电解会产生的少量氢气和氧气，如果没有任何处理措施，一部分气体排入大气，工业生产中会有爆炸隐患。另一小部分气体则由电解液携带进入缓冲罐等下游设备，最终再次带回电解槽中，降低电流效率；
②
阴极液缓冲罐虽然对电解液有一定的降温和补充新鲜草酸的作用，但缓冲罐的大小或数量间接制约了装置的生产能力；
③
阴极缓冲罐的应用，虽有一定节能作用，但前段溶液配制罐过多，相应增加设备和操作成本。
[0007]因此，专利技术一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法来解决上述问题很有必要。

技术实现思路

[0008]针对上述问题，本专利技术提供了一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，包括阴极存料罐、阴极储罐、阳极储罐、阴极气液分离罐、阳极气液分离罐和若干个电解
槽模块，若干个所述电解槽模块均分为阳极腔室和阴极腔室，若干个所述阴极腔室一端均与阴极储罐输出端连接有阴极进料总管，且阴极进料总管两端之间设置有阴极泵和阴极进料阀，若干个所述阴极腔室输出端与阴极气液分离罐之间连接有阴极出料总管，且相邻两个所述阴极腔室的阴极出料总管和阴极进料总管之间连接有阴极出料旁通管，且阴极出料旁通管两端之间设置有阴极出料旁路阀门，若干个所述阳极腔室的一端均与阳极储罐之间连接有阳极进料总管，且阳极进料总管两端之间设置有阳极泵和阳极进料阀，所述阳极进料总管和阴极进料总管均设置有液体分布器，若干个所述阳极腔室的另一端均与阳极气液分离罐相连接；所述阳极气液分离罐的输出端与阳极储罐相连接，所述阴极气液分离罐的输出端与阴极存料罐之间连接有阴极电解质输出管，且阴极电解质输出管两端之间连接有换热旁通管，所述换热旁通管两端之间设有换热器和换热旁路阀门，所述阴极存料罐与阴极进料总管之间连接有阴极循环管，且阴极循环管两端之间设置有阴极循环阀，阴极存料罐的底部设置有乙醛酸粗品输出管，阴极存料罐的封头处一侧设置有氮气输入管，，其中氮气输入管输入的为氮气或惰性气体，所述阴极存料罐和阴极储罐顶部均连接有草酸晶体季铵盐固体输入管，所述阴极存料罐、阴极储罐和阳极储罐均连接有脱盐水输入管，且阳极储罐的一侧还连接有浓硫酸输入管。
[0010]进一步的，所述阴极储罐和阳极储罐均采用夹套式储罐，且夹套之间设置有冷却液，冷冻液采用循环流动设置，所述阴极储罐和阳极储罐也能够去掉夹套，增加换热器代替，阴极存料罐、阴极储罐、阳极储罐采用搪玻璃或塑料材质制成。
[0011]进一步的，所述阴极存料罐、阴极储罐和阳极储罐内部均设置有搅拌器。
[0012]进一步的，所述制备乙醛酸的过程分为阴极反应和阳极反应，其阴极反应分为主反应和副反应，其具体流程为：阴极主反应为草酸加氢得电子被还原成乙醛酸[2]；副反应为氢离子被还原生成氢气[3]；生成的乙醛酸也可以被继续还原成乙醇酸[4]；阳极反应为电解水[1]，生成少量氧气，释放电子形成回路，电离出的氢离子经过离子膜进入阴极区，具体反应方程如下：阳极：[1]阴极：[2][3][4]。
[0013]进一步的，所述阳极区的反应介质为稀酸，其稀酸主要为磷酸、硫酸或盐酸的常用强酸的稀释液。
[0014]进一步的，所述草酸电解连续制备乙醛酸的方法包括以下步骤：S1阴极端原料配制：首先将脱盐水、草酸晶体和季铵盐固体添加剂以草酸草酸5
‑
8%wt，添加剂0.1
‑
0.5%wt，余量为水的比例打入阴极存料罐中，搅拌至固体全部溶解，打开阴极循环阀，让阴极液通过阴极泵打入阴极进料总管，再经液体分布器按流量要求，均匀地打入多组并联的电解槽模块的阴极腔室中，此时电解槽模块不通电，打开换热旁路阀门，让阴极液出电解槽模块后，经过气液分离罐和换热器后返回至阴极存料罐中，另外，将脱盐水、草酸晶体和季铵盐固体添加剂以草酸草酸5
‑
8%wt，添加剂0.1
‑
0.5%wt，余量为水的比例在阴极储罐中搅拌均匀后待用；S2阳极端原料配制：将浓硫酸和脱盐水以3
‑
7%wt 的浓度打入阳极储罐，过程中开启阳极储罐夹层里冷冻液，或使用换热器代替，将浓酸稀释放出的热量移走，搅拌至混合均匀，且温度降至20
‑
25℃，打开阳极进料阀，让阳极液通过阳极泵打入阳极进料总管，再经液体分布器按流量要求，在电解槽模块不通电的情况下，均匀地打入多组并联的阳极腔室中，阳极液出电解槽模块后，经阳极气液分离器后返回至阳极储罐中；S3阴极端循环电解：保持三个或多个阴极出料旁路阀门关闭，将电解槽模块通电，让阴极液在阴极存料罐、电解槽模块、阴极气液分离器和换热器之间循环，至阴极液中乙醛酸含量达到一定浓度，且电解槽模块一旦通电反应后，氮气输入管的阀门就需要保持开启状态，确保携带进入储罐中微量氢气全部安全地通过放空口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，包括阴极存料罐（1）、阴极储罐（2）、阳极储罐（3）、阴极气液分离罐（4）、阳极气液分离罐（5）和若干个电解槽模块（6），其特征在于：若干个所述电解槽模块（6）均分为阳极腔室（601）和阴极腔室（602），若干个所述阴极腔室（602）一端均与阴极储罐（2）输出端连接有阴极进料总管（7），且阴极进料总管（7）两端之间设置有阴极泵（8）和阴极进料阀（9），若干个所述阴极腔室（602）输出端与阴极气液分离罐（4）之间连接有阴极出料总管（10），且相邻两个所述阴极腔室（602）的阴极出料总管（10）和阴极进料总管（7）之间连接有阴极出料旁通管（11），且阴极出料旁通管（11）两端之间设置有阴极出料旁路阀门（12），若干个所述阳极腔室（601）的一端均与阳极储罐（3）之间连接有阳极进料总管（13），且阳极进料总管（13）两端之间设置有阳极泵（14）和阳极进料阀（15），所述阳极进料总管（13）和阴极进料总管（10）均设置有液体分布器（16），若干个所述阳极腔室（601）的另一端均与阳极气液分离罐（5）相连接；所述阳极气液分离罐（5）的输出端与阳极储罐（3）相连接，所述阴极气液分离罐（4）的输出端与阴极存料罐（1）之间连接有阴极电解质输出管（17），且阴极电解质输出管（17）两端之间连接有换热旁通管（18），所述换热旁通管（18）两端之间设有换热器（19）和换热旁路阀门（20），所述阴极存料罐（1）与阴极进料总管（7）之间连接有阴极循环管（21），且阴极循环管（21）两端之间设置有阴极循环阀（22），阴极存料罐（1）的底部设置有乙醛酸粗品输出管（23），阴极存料罐（1）的封头处一侧设置有氮气输入管（24），其中氮气输入管（24）输入的为氮气或惰性气体，所述阴极存料罐（1）和阴极储罐（2）顶部均连接有草酸晶体季铵盐固体输入管（25），所述阴极存料罐（1）、阴极储罐（2）和阳极储罐（3）均连接有脱盐水输入管（26），且阳极储罐（3）的一侧还连接有浓硫酸输入管（27）。2.根据权利要求1所述的一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，其特征在于：所述阴极储罐（2）和阳极储罐（3）均采用夹套式储罐，且夹套之间设置有冷却液，冷冻液采用循环流动设置，所述阴极储罐（2）和阳极储罐（3）也能够去掉夹套，增加换热器代替，阴极存料罐（1）、阴极储罐（2）、阳极储罐（3）采用搪玻璃或塑料材质制成。3.根据权利要求1所述的一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，其特征在于：所述阴极存料罐（1）、阴极储罐（2）和阳极储罐（3）内部均设置有搅拌器。4.根据权利要求1所述的一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，其特征在于：所述制备乙醛酸的过程分为阴极反应和阳极反应，其阴极反应分为主反应和副反应，其具体流程为：阴极主反应为草酸加氢得电子被还原成乙醛酸[2]；副反应为氢离子被还原生成氢气[3]；生成的乙醛酸也可以被继续还原成乙醇酸[4]；阳极反应为电解水[1]，生成少量氧气，释放电子形成回路，电离出的氢离子经过离子膜进入阴极区，具体反应方程如下：阳极：[1]阴极：[2][3]
[4]。5.根据权利要求4所述的一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，其特征在于：所述阳极区的反应介质为稀酸，其稀酸主要为磷酸、硫酸或盐酸的常用强酸的稀释液。6.根据权利要求1所述的一种草酸电解连续制备乙醛酸的方法，其特征在于：所述草酸电解连续制备乙醛酸的方法包括以下步骤：S1阴极端原料配制：首先将脱盐水、草酸晶体和季铵盐固体添加剂以草酸草酸5
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8%wt，添加剂0.1
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0.5%wt，余量为水的比例打入阴极存料罐（1）中，搅拌至固体全部溶解，打开阴极循环阀（22），让阴极液通过阴极泵（8）打入阴极进料总管（7），再经液体分布器（16）按流量要求，均匀地打入多组并联的电解槽模块（6）的阴极腔室（602）中，此时电解槽模块（6）不通电，打开换热旁路阀门（20），让阴极液出电解槽模块（...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，余海清，喻文韬，周晟，袁良正，周伟，喻军，钱俊，刘征，贾金洁，陈瑶，刘海涛，封燕，
申请(专利权)人：东华工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：