丙二酸合成工藝探究

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1 引言

丙二酸是一種具有活性亞甲基以及羧基基團的有機物，被廣泛應用于化工、醫藥、食品、建筑等多個領域。近年來，在節能環保的政策形勢下，丙二酸的因由于具有環保性特點而受到市場的推崇，并獲得快速發展。

2 丙二酸的物化性質

丙二酸的化學式為C3H4O4，外觀為白色晶體，熔點為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℃的條件下發生分解反應，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，水解反應完成后再進行減壓蒸餾，去除產物中的水和乙醇，最后得到丙二酸和部分剩余硫酸。然后對產物萃取得到丙二酸。最后脫除溶劑，抽濾得到丙二酸固體。化學反應方程式如下：

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

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，反應完成后在0.01MPa～0.06MPa的條件下進行蒸餾，得到乙酸乙酯和乙醇，剩下的溶液過濾后再濃縮結晶，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的條件下進行濃縮結晶。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℃，促進水解反應，反應完成后混合產物冷卻到室溫，然后向產物中加入濃硫酸，然后升溫到50℃～60℃，反應0.5h可得到丙二酸，還有氯化鈉。采用活性炭對混合溶液進行脫色，得到的濾液進行減壓脫水，得到丙二酸和氯化鈉結晶物，對結晶混合物進行提純分離得到丙二酸。反應方程式如下：

氫氧化鈣堿解法：氯乙酸溶液中加入氫氧化鈣溶液，促使發生中和反應，調節溶液酸堿度使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，然后降溫到50℃，向溶液中加入氫氧化鈣，在堿性條件下發生水解，反應溫度為100℃～102℃，水解反應直到沒有明顯氨氣逸出為止，然后將水解后溶液降溫到50℃，對產物溶液進行離心或過濾，得到丙二酸鈣。然后再向丙二酸鈣中加入無機酸，如硫酸，對丙二酸鈣進行酸化，最后對產物進行過濾、脫色、濃縮，除去剩余的硫酸，得到丙二酸。反應方程式如下：

離子交換樹脂法：采用723型號的離子交換樹脂對丙二酸二乙酯進行催化反應，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，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活性，必要時需要對離子交換樹脂進行再生，以提高丙二酸的生產效率。

其他方法：有研究人員以木質素為原料，在催化劑的作用下得到反應產物，然后進行抽濾，向過濾物中加入酯類溶劑進行萃取得到丙二酸。還有研究人員已醋酸甲和碳酸鉀為原料，在二氧化碳環境中，溫度條件為200℃，在金屬催化劑作用下促使原料反應，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內最為常用的工藝方法。丙二酸酯水解法的工藝路線簡單，而且過程中產生的雜質和廢棄物少，可減少廢棄物的處理，有利于確保產品純度。但是由于水解過程是可逆的，在高溫環境下丙二酸容易分解成乙酸、二氧化碳和水，因此會影響丙二酸收率。氰乙酸酯水解法工藝路線成熟，而且原料廉價，生產工藝操作簡便，是一種十分經濟的生產方法。但該工藝氰乙酸中容易混有氯化鈉，因此在產物提純方面有一定的控制難度。酯交換法的生產收率高，而且雜質少，生產周期短，沒有廢棄物產生，是一種較為經濟高效的工藝方法。氰基乙酸水解法的生產過程中會產生氨氣，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，同時過程中產生的廢棄物量多，需要進行針對性處理，而且產品中容易存在雜質超標的問題。離子交換樹脂法的工業應用還不夠成熟，仍在工業化推廣應用階段。

5 丙二酸的發展

結合丙二酸工藝的不足之處，未來丙二酸的技術發展將集中在雜質含量的控制以及廢棄物的處理技術方面，通過優化工藝參數，減少雜質含量，提高產品純度，同時采用綠色催化劑減少重金屬帶來的污染，推動丙二酸生產工藝走上綠色發展道路。

6 結語

丙二酸是一種具有活性亞甲基以及羧基基團的有機物，被廣泛應用于化工、醫藥、食品、建筑等多個領域。本文對丙二酸合成工藝進行了論述，旨在推動丙二酸生產工藝水平的提升，更好地滿足市場對丙二酸質量和數量的需求。