CN105177620A - 一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置及方法，涉及电解合成丁二酸工艺领域，本发明装置结构简单，在隔膜电解槽的基础上，将阴极电极和阳极电极紧贴隔膜设置并通过金属连接片连接，待用单极式电解装置，实现了阴极电极和阳极电极的零极距，降低了电解过程的耗电量，每吨丁二酸直流电耗降低15-20%；避免了原料和丁二酸产品在阳极的氧化，提高了丁二酸产品的纯度和质量，降低了原料的消耗，每吨丁二酸消耗顺酐低于0.87吨；方法简单易行，易于大规模推广应用，合成的丁二酸产品富马酸含量低，顺酐转化率高，能满足食品、医药和PBS聚酯工业的需要，取得良好的经济效益。

Description

一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置及方法

技术领域

本发明涉及电解合成丁二酸工艺领域，具体的说是一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置及方法。

背景技术

丁二酸是一种重要的化工原料，广泛用于合成食品、医药、农药和高分子树脂等领域作为中间体。丁二酸作为食品酸味剂用于酒、饲料、糖果等的调味，钠盐是常用的食品调味剂，丁二酸二甲酯和二乙酯可作为食品的增香剂；医药上用于生产镇静剂、磺胺药、维生素A、维生素B6、解热止痛剂以及消炎、避孕和癌症治疗药物；在高分子领域用于醇酸树脂、乙烯基树脂、黏合剂和橡胶的增塑剂、玻璃纤维增强塑料和离子交换树脂等；特别是近年来在可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）领域开始取得广泛应用，丁二酸的国内年产量有望突破几十万吨。

工业制备丁二酸的主要方法有丁二睛水解法、顺酐电解还原法以及生物发酵法。其中顺酐电解还原法是目前生产丁二酸的主要方法，一般以顺酐为原料，硫酸溶液为电解质，采用电解槽进行电解来制备丁二酸。但目前电解合成丁二酸电解装置及电解工艺仍然存在一些缺点，主要有：

（1）隔膜或无隔膜电解合成丁二酸装置，其电极间距大，电耗高。

（2）无隔膜法电解制备丁二酸产品质量差，原料丁二酸容易在阳极被氧化生成草酸、乙醛酸等副产物。

（3）顺酐转化率较低（约0.95吨顺酐合成1吨丁二酸），产品中易氧化物和反-丁烯二酸含量高，作为单体用于合成PBS影响聚合反应和PBS的性能。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置及方法，采用了隔膜法电解合成丁二酸，并且阴极电极和阳极电极的极距为零，降低隔膜电解槽的耗电量，提高丁二酸产品质量。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，包含有若干个相互连接的单元电解槽，每个单元电解槽包含有槽体，所述槽体内通过隔分隔为阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室内分别设置有紧贴隔膜的阳极电极和阴极电极，所述阳极电极与阴极电极通过金属连接片固定连接在槽体上，所述阳极室上部设置阳极汽液分离室、顶部和底部分别设置阳极电解液出口和阳极电解液进口，所述阴极室上部设置阴极汽液分离室、顶部和底部分别设置阴极电解液出口和阴极电解液进口，所有阳极电解液进口分别通过管路与外部阳极电解液进口管连通，所有阳极电解液出口分别通过管路与外部阳极电解液出口管连通，所有阴极电解液进口分别通过管路与外部阴极电解液进口管连通，所有阴极电解液出口分别通过管路与外接阴极电解液出口管连通。

所述单元电解槽采用单极式电解槽。

所述单元电解槽之间通过板框压滤机进行连接。

单元电解槽中的金属连接片采用钛、铜或铅合金金属板。

所述单元电解槽中阳极电极采用DSA网状电极，阴极电极采用铅合金开孔板状电极，隔膜采用电极阳离子膜。

所述槽体采用聚丙烯、聚乙烯、有机玻璃、聚氯乙烯或ＡＢＳ树脂以及上述材料的改性材料制成。

所述单元电解槽的数量为2-50个。

一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸方法，通过如下步骤实现：

配制电解液：初始配置的阳极电解液和阴极电解液均为5-10%的硫酸，阳极电解液中丁二酸饱和，阴极电解液中加入顺丁烯二酸酐，电解液控制温度为50-60℃；

电解：将阴极电解液和阳极电解液分别通过阴极电解液进口管和阳极电解液进口管分配至各单元电解槽，采用电流密度为500A·m-2的恒电流进行电解；

电解后处理：各个单元电解槽内电解液分别经阴极电解液出口和阳极电解液出口汇流至阴极电解液出口管和阳极电解液出管，回到阴极电解液储槽和阳极电解液储槽；

收料：电解结束后，电解液经过冷却结晶、过滤和干燥处理后得到无色的丁二酸晶体。

本发明装置结构简单，在隔膜电解槽的基础上，将阴极电极和阳极电极紧贴隔膜设置并通过金属连接片连接，待用单极式电解装置，实现了阴极电极和阳极电极的零极距，降低了电解过程的耗电量，每吨丁二酸直流电耗降低15-20%；避免了原料和丁二酸产品在阳极的氧化，提高了丁二酸产品的纯度和质量，降低了原料的消耗，每吨丁二酸消耗顺酐低于0.87吨；方法简单易行，易于大规模推广应用，合成的丁二酸产品富马酸含量低，顺酐转化率高，能满足食品、医药和PBS聚酯工业的需要，取得良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明的装置外部结构示意图；

图2是本发明的单元电解槽装配结构示意图；

图3是本发明的单元电解槽结构示意图；

图4是本发明所述单元电解槽的电极结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

如图1-4所示，该零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，包含有若干个相互连接的单元电解槽1，每个单元电解槽1包含有槽体6，所述槽体6内通过隔7分隔为阳极室8和阴极室9，所述阳极室8和阴极室9内分别设置有紧贴隔膜7的阳极电极10和阴极电极14，所述阳极电极10与阴极电极14通过金属连接片18固定连接在槽体6上，所述阳极室8上部设置阳极汽液分离室13、顶部和底部分别设置阳极电解液出口12和阳极电解液进口11，所述阴极室9上部设置阴极汽液分离室17、顶部和底部分别设置阴极电解液出口16和阴极电解液进口15，所有阳极电解液进口11分别通过管路与外部阳极电解液进口管2连通，所有阳极电解液出口12分别通过管路与外部阳极电解液出口管3连通，所有阴极电解液进口15分别通过管路与外部阴极电解液进口管4连通，所有阴极电解液出口16分别通过管路与外接阴极电解液出口管5连通。

作为优选的方式，所述单元电解槽1采用单极式电解槽。

作为优选的方式，所述单元电解槽1之间通过板框压滤机进行连接。

作为优选的方式，单元电解槽1中的金属连接片18采用钛、铜或铅合金金属板。

作为优选的方式，所述单元电解槽1中阳极电极10采用DSA网状电极，阴极电极14采用铅合金开孔板状电极，隔膜7采用电极阳离子膜。

作为优选的方式，所述槽体6采用聚丙烯、聚乙烯、有机玻璃、聚氯乙烯或ＡＢＳ树脂以及上述材料的改性材料制成。

作为优选的方式，所述单元电解槽的数量为2-50个。

该零极距的隔膜法电解合成丁二酸方法，通过如下步骤实现：

配制电解液：初始配置的阳极电解液和阴极电解液均为5-10%的硫酸，阳极电解液中丁二酸饱和，阴极电解液中加入顺丁烯二酸酐，电解液控制温度为50-60℃；

电解：将阴极电解液和阳极电解液分别通过阴极电解液进口管和阳极电解液进口管分配至各单元电解槽，采用电流密度为500A·m-2的恒电流进行电解；

电解后处理：各个单元电解槽内电解液分别经阴极电解液出口和阳极电解液出口汇流至阴极电解液出口管和阳极电解液出管，回到阴极电解液储槽和阳极电解液储槽；

收料：电解结束后，电解液经过冷却结晶、过滤和干燥处理后得到无色的丁二酸晶体。

实施例1：

在该实施例中所述合成丁二酸装置由10个单元电解槽1组成，进行丁二酸电解生产时，在阴极和阳极电解液均为5-10%的硫酸，分别为共1000L（阳极液丁二酸饱和），阴极电解液中加入顺丁烯二酸酐100kg，电解液控制温度为50-60℃，在电流密度为500A·m-2的条件下进行恒电流电解，此时单元电解槽1槽电压为22-25V。将阴极电解液和阳极电解液分别通过阴极电解液进口管4和阳极电解液进口管2分配至各单元电解槽1，各个单元电解槽1内电解液分别经阴极电解液出口16和阳极电解液出口11汇流至阴极电解液出口管5和阳极电解液出口管3，回到阴极电解液储槽和阳极电解液储槽。在合成丁二酸过程中，电解产生的气体经阴极气液分离室17和阳极气液分离室13进行分离。

电解结束后，电解液经过冷却结晶，过滤、干燥后得到无色的丁二酸晶体114.5kg，转化率95.1%。丁二酸晶体的熔点185.5-186.5℃，易氧化物含量<0.05%。，电流效率为96-97.0%。

实施例2：

与实施例1所述合成丁二酸装置不同的是，本实施例中所述合成丁二酸装置采用2组进行并联，每组采用50只串联的单元电解槽1。合成丁二酸工艺步骤同实施例１，阳极电解液采用丁二酸母液（5-10%的硫酸）10000L，阴极电解液为5-10%的硫酸5000L，电解开始时在阳极电解液中一次性加入顺丁烯二酸酐1000kg，电解液控制温度为50-60℃，在电流密度为600A/m2的条件下进行恒电流电解。电解结束后，电解液经过脱色、冷却结晶8小时至室温，过滤、干燥得到无色的丁二酸晶体1152.3kg。丁二酸晶体的熔点186.2-187.4℃，易氧化物含量<0.06%，此时单元电解槽槽电压为1.9-2.4V，电解单耗867.8kg顺酐/吨丁二酸，电流效率为97.8%。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，其特征在于，包含有若干个相互连接的单元电解槽（1），每个单元电解槽（1）包含有槽体（6），所述槽体（6）内通过隔（7）分隔为阳极室（8）和阴极室（9），所述阳极室（8）和阴极室（9）内分别设置有紧贴隔膜（7）的阳极电极（10）和阴极电极（14），所述阳极电极（10）与阴极电极（14）通过金属连接片（18）固定连接在槽体（6）上，所述阳极室（8）上部设置阳极汽液分离室（13）、顶部和底部分别设置阳极电解液出口（12）和阳极电解液进口（11），所述阴极室（9）上部设置阴极汽液分离室（17）、顶部和底部分别设置阴极电解液出口（16）和阴极电解液进口（15），所有阳极电解液进口（11）分别通过管路与外部阳极电解液进口管（2）连通，所有阳极电解液出口（12）分别通过管路与外部阳极电解液出口管（3）连通，所有阴极电解液进口（15）分别通过管路与外部阴极电解液进口管（4）连通，所有阴极电解液出口（16）分别通过管路与外接阴极电解液出口管（5）连通。

2.根据权利要求1所述的一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，其特征在于，所述单元电解槽（1）采用单极式电解槽。

3.根据权利要求1所述的一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，其特征在于，所述单元电解槽（1）之间通过板框压滤机进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，其特征在于，单元电解槽（1）中的金属连接片（18）采用钛、铜或铅合金金属板。

5.根据权利要求1所述的一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，其特征在于，所述单元电解槽（1）中阳极电极（10）采用DSA网状电极，阴极电极（14）采用铅合金开孔板状电极，隔膜（7）采用电极阳离子膜。

6.根据权利要求1所述的一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，其特征在于，所述槽体（6）采用聚丙烯、聚乙烯、有机玻璃、聚氯乙烯或ＡＢＳ树脂以及上述材料的改性材料制成。

7.根据权利要求1-6任何一项所述的一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸装置，其特征在于，所述单元电解槽的数量为2-50个。

8.一种零极距的隔膜法电解合成丁二酸方法，其特征在于，通过如下步骤实现：

配制电解液：初始配置的阳极电解液和阴极电解液均为5-10%的硫酸，阳极电解液中丁二酸饱和，阴极电解液中加入顺丁烯二酸酐，电解液控制温度为50-60℃；

电解：将阴极电解液和阳极电解液分别通过阴极电解液进口管和阳极电解液进口管分配至各单元电解槽，采用电流密度为500A·m-2的恒电流进行电解；

电解后处理：各个单元电解槽内电解液分别经阴极电解液出口和阳极电解液出口汇流至阴极电解液出口管和阳极电解液出管，回到阴极电解液储槽和阳极电解液储槽；

收料：电解结束后，电解液经过冷却结晶、过滤和干燥处理后得到无色的丁二酸晶体。