專利名稱：一種無隔膜電解合成丁二酸工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無隔膜電解合成丁二酸的裝置及工藝，尤其涉及一種 大規模工業化生產丁二酸的電解工藝和裝置。(二) 背景技術丁二酸是一種重要的合成醫藥和精細化工合成中間體，在醫藥上丁二酸用于生產鎮靜劑、磺胺藥、維生素A、維生素B6、止血劑、利尿劑、 解熱止痛劑以及消炎、避孕和癌癥治療藥物等；在農藥以丁二酸系列產品 為原料制備的N-二甲胺基琥珀酰亞胺是低度高效的植物生長抑制劑，還 可以合成農藥太布它、阿樂、紋枯利和N，N-二乙基丁二酰胺正丙酯等； 還可用于合成染料、醇酸樹脂、乙烯基樹脂、黏合劑和橡膠的增塑劑、玻 璃纖維增強塑料和離子交換樹脂等；丁二酸作為食品酸味劑用于酒、飼料、 糖果等的調味，鈉鹽是常用的食品調味劑，丁二酸二甲酯和二乙酯可作為 食品的增香劑。近年來，丁二酸制成的偶聯劑在洗滌產品中替代多聚磷酸 鹽，減少污染；在石化行業中促進汽油完全燃燒，減少排放污染，尤其是 在可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)領域開始取得廣泛應用，丁二酸 的這些應用必將帶來更大的需求量。工業制備丁二酸的主要方法有順丁烯二酸催化還原法、丁二睛水解 法、順酐電解還原法以及乙烯和一氧化碳為原料的電解氧化法，其中電解 法是目前生產丁二酸的主要方法，但目前的無隔膜順丁烯二酸酐電解合成 工藝仍然存在以下缺點(1)采用鉛合金電極作陽極，電極腐蝕嚴重，壽命短(3-6個月)， 電解槽維護成本高，產品質量差；采用貴金屬電極作陽極，電極投資大。(2 )不宜大規模電解，擴大生產規模時電解裝置投資大，產品質量 下降，電解工藝維護復雜，成本和電耗增加。(3 )—般采用單陰極電解裝置，即采用一個陰極和一個陽極對應的 電極組， 一般的單陰極電解裝置陽極的利用率低，陽極使用壽命短，陽極 材料的消耗和投資大。(4) 順酐轉化率較低(約0.95噸順酐合成1噸丁二酸)，產品中易 氧化物和反-丁烯二酸含量高，不能作為合成聚酯、聚氨酯、醇酸樹脂等 的單體。(5) 通常采用連續電解合成丁二酸工藝，即連續進料和連續出料的 電解工藝，電解槽數量過多，電極投資大，不易大規模生產。本發明針對以上電解合成丁二酸的缺點，以貴金屬電極為陽極，采用 雙陰極電解裝置和分級串流式電解合成工藝，節約了電極投資，提高了順 酐轉化率(每噸丁二酸消耗順酐低于0.92噸)，降低了易氧化物含量，是 一種大規模電解合成高質量丁二酸的工藝和電解裝置。
發明內容本發明的一個目的在于解決現有單陰極電解裝置陽極的利用率低，陽 極使用壽命短，陽極材料的消耗和投資大，產品質量差(易氧化物含量高)， 不易大規模生產的缺點，提供一種陽極使用壽命長、利用率高，順酐轉化 率更高的雙陰極電解合成丁二酸的裝置。本發明的另一個目的是提供該一種生產高質量的大規模電解合成丁 二酸生產工藝。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種無隔膜電解合成丁二酸裝置，包括電解槽、電解液儲槽、電解液 分配管、電解液集流管和高位槽、及電解液儲槽與高位槽間的泵和換熱器， 所述高位槽、電解液分配管、電解槽、電解液集流管、電解液儲槽、換熱 器、高位槽依次連通構成循環回路，所述電解槽包括電解槽槽體，所述的 電解槽槽體內設有由兩塊陰極和一塊陽極組成的電極組,所述陰極布置在 陽極的兩側。通常在電解液儲槽與高位槽間還設有換熱器，泵也設在換熱 器內，供電解液換熱，由泵將電解液再泵入高位槽再進入循環。本發明所述電解槽槽體通過絕緣隔板分隔為若干個單元槽，所述單元 槽包括腔體、電解液進口和電解液出口，所述的腔體設有由兩塊陰極和一 塊陽極組成的電極組，所述陰極布置在陽極的兩側，各單元槽電極組串聯 連接。單元槽采用雙陰極結構；操作時電解液采用分級串流，電解終點采 用電解液儲槽之間切換的方式實現連續電解，間歇出料。所述單元槽中的電解液并聯布置，連接高位槽的電解液分配管通過各 單元槽電解液進口與單元槽連通，各單元槽的電解液經各自的出口與電解 液集流管連通，電解液集流管連接電解液儲槽。進一步所述的陰極為鉛合金電極，陽極為鈦-銥-鉭氧化物電極。再進一步所述陰極為板狀結構或開孔的板狀結構，更進一步所述陽極為板狀結構或開孔的板狀結構或為開孔的網。本發明所述的電解液分配管與各單元槽的電解液進口之間分別設有 流體分配控制裝置。所述流體分配控制裝置為可調式閥門。本發明優選絕緣隔板材料是下列之一:①聚丙烯板框②聚乙烯板框 ③有機玻璃板框④聚氯乙烯板框⑤ABS樹脂板框。本發明推薦所述單元槽腔體內設有可調陰陽極間距的固定架，陰極和 陽極分別固定在所述固定架上。所述電解槽還可以是若干電解槽槽體串聯而成的電解槽組。為實現循環連續電解，本發明所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置推薦 電解液儲槽至少還設一個轉換電解液儲槽，所述的電解液集流管及高位槽 擇一與電解液儲槽或轉換電解液儲槽相通。所述的電解液儲槽與轉換電解 液儲槽的位置分布最好高低不同。本發明利用無隔膜電解合成丁二酸裝置來生產的丁二酸的工藝為:將 高位槽電解液通過電解液分配管分配在高低不同的電解槽槽體內單元槽 腔體之間分級串流，單元槽電解液經過電解反應后由電解液出口匯流至 電解液集流管，最后由電解槽電解液集流管自流至電解液儲槽，再通過泵 將電解液儲槽中的電解液泵入換熱器最終到高位槽，電解終點在電解液儲 槽取得所述的丁二酸。具體地說，電解液分級串流為來自高位槽的電解液 通過電解液分配管，分配于電解槽槽體內各單元槽之間，經過電解反應后 由電解液出口匯流至電解液集流管，電解液集流管連接高低不同的低一級 電解槽的電解液分配管，經電解后再自流自更低一級的電解槽電解，最后 由電解槽電解液集流管自流至電解液儲槽，再通過泵將電解液儲槽中的電 解液泵入換熱器最終到高位槽，構成分級串流電解。進一步，為實現循環連續電解，所述的電解液儲槽至少還設一個轉換 電解液儲槽，所述的電解終點時，將電解液切換至配有原料的轉換電解液 儲槽，由切換電解液儲槽連通電解液集流管與高位槽，同時放出電解液儲 槽中電解完畢的電解液，間歇出料，待轉換電解液儲槽電解終點時，再將 將電解液切換至重新配有原料的電解液儲槽中，構成循環連續電解，實現 連續電解，間歇出料。
本發明生產工藝，可生產高質量的丁二酸，實現大規模電解合成丁二 酸，采用分級串流式是電解液在高低不同的電解槽槽體之間分級串流，所 述的連續電解是通過在電解終點時切換電解液儲槽和轉換電解液儲槽，由 轉換電解液儲槽儲槽和電解裝置構成循環連續電解，同時放出儲槽中電解 完畢的電解液，構成間歇出料。本發明和現有的電解合成丁二酸電解裝置和工藝比較具有以下特點(1) 本發明采用雙陰極結構，即采用一個陽極對應兩個陰極，該裝 置有效地提高了陽極的利用效率，并降低了陰極的電流密度，能更大程度 地提高電解電流，從而提高生產能力；(2) 雙陰極分級串流式電解工藝有效地提高順酐的轉化率，每噸丁 二酸消耗順酐低于0.92噸(一般電解工藝順酐消耗為0.95噸)。(3) 本發明采用雙陰極電解裝置和分級串流式電解工藝，能有效地 降低產品中易氧化物及富馬酸含量，提高產品質量，滿足聚酯工業的需要。(4)本發明工藝實現廢水零排放，是一種無污染的綠色合成丁二酸生 產工藝。因此，本發明的有益效果是提高了轉化率和陽極使用效率，提高了 產品質量，容易大規模生產，是一種無污染的電解合成高質量丁二酸工藝。 該工藝貴金屬陽極利用率高，順酐轉化率高，每噸丁二酸消耗順酐低于0.92噸(一般電解工藝順酐消耗為0.95噸)，尤其本發明裝置和工藝生 產的丁二酸是具有產品質量高，富馬酸含量低，能滿足食品、醫藥和聚酯 工業的需要；是一種投資少、效率高、無污染、工業化的電解合成丁二酸 裝置和工藝。(四)
圖1是本發明的電解槽槽體示意圖l-電解槽槽體圖2是本發明的單元槽裝配示意圖2-雙陰極，3-陽極，4-電解液進口， 5-電解液出口， 6-液流分配管，7-電解液集流管，8-固定卡，9-隔板，圖3是本發明的分級串流工藝示意圖l-01-電解槽組01, 1-02-電解槽組 02， 1-03-電解槽組03, 6-液流分配管，7-電解液集流管，10-高位槽，ll-換熱器， 12-01電解液儲槽Ol， 12-02電解液儲槽0具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述，但不能將方案中所涉及的技術參數理解為對本發明的限制。 實施例1一種無隔膜電解合成丁二酸裝置電解槽包括由30個單元槽串聯而 成的電解槽槽體l-Ol、 30個單元槽串聯而成的電解槽槽體1-02， 30個單 元槽串聯而成的電解槽槽體1-03，三組電解槽體l-Ol、 1-02、 1-03之間串 聯連接，所述電解槽槽體通過隔板9分割為若干個單元槽，所述單元槽包 括腔體、鉛合金雙陰極2、鈦-銥-鉭氧化物陽極3，所有單元槽之間電流 串聯連接；所述的電解槽組1-01的單元槽分別通過各自的電解液進口 4 與電解液分配管6連通，所述單元槽分別通過各自的電解液出口 5與電解 液集流管7連通，所述電解槽槽體1-01的電解液分配管6與高位槽10連 通，電解液集流管7通入電解液儲槽12-01或轉換電解液儲槽，電解液儲 槽12-01或轉換電解液儲槽與高位槽之間設有泵和換熱器11;電解槽槽體 1-01的電解液集流管7連接電解槽組1-02的電解液分配管，電解槽組1-02
的集流管連接電解槽組1-03的電解液分配管，電解槽組1-03的集流管連 接與電解液儲槽12-01或轉換電解液儲槽12-02連通，再通過泵經過換熱 器11連接高位槽。所述雙陰極結構通過固定架8固定在電解槽腔體內。 所述的電解液由電解液儲槽12-01或12-02通過泵經過換熱器11輸送至高 位槽IO，高位槽電解液由電解液分配管6，分配至各單元槽，各單元槽電 解液經過電解反應后由電解液出口匯流至電解槽槽體1-01的電解液集流 管7，再自流至電解槽組l-02的電解液分配管，依次分級串流，最后由電 解槽組1-03的電解液集流管自流至電解液儲槽12-01。電解完畢時，切換 至轉換電解液儲槽12-02繼續電解，電解液儲槽12-01出料進行處理得所 需的產品，轉換電解液儲槽12-02繼續在循還電解，這樣實現循環連續電在丁二酸電解生產時，在電解液儲槽中為飽和的丁二酸母液6000L (5-10%的硫酸)；在電解開始時一次性加入順丁烯二酸酐600kg，在陰極 2上電解還原，電解液控制溫度為50-6(TC，電流密度為100-1200A m'2 的條件下電解。電解結束后，電解液經過冷卻結晶4-24小時，過濾、干 燥得到無色的丁二酸晶體665kg。熔點185.0-187.0°C ，易氧化物含量 <0.05%，電解單耗902kg順酐/噸丁二酸，槽電壓2.6-3.4V,電流效率 92-93.0%。實施例2將電解槽體更換為2組，每組50只單元槽，各單元槽之間串聯，電 解槽組之間并聯，其它同實施例一的裝置。工藝步驟同實施例1， 丁二酸 母液6000L (5-10%的硫酸)，在電解開始時一次性加入順丁烯二酸酐600kg，電解液溫度為50-60°C，電流密度為300-900A/ir^的條件下電解。 電解結束后，電解液經過脫色、冷卻結晶4-8小時，過濾、干燥得到無色 的丁二酸晶體670kg。熔點185.6-187.2°C，易氧化物含量<0.06%，槽電壓 2.5-3.4V，電解單耗895.5kg順酐/噸丁二酸，電流效率90.8%。
權利要求
1、一種無隔膜電解合成丁二酸裝置，包括電解槽、電解液儲槽、電解液分配管、電解液集流管和高位槽、及電解液儲槽與高位槽間的泵和換熱器，所述高位槽、電解液分配管、電解槽、電解液集流管、電解液儲槽、換熱器、高位槽依次連通構成循環回路，其特征在于，所述電解槽包括電解槽槽體，所述的電解槽槽體內設有由兩塊陰極和一塊陽極組成的電極組，所述陰極布置在陽極的兩側。
2、 根據權利要求1所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于所 述電解槽槽體通過絕緣隔板分隔為若干個單元槽，所述單元槽包括腔 體、電解液進口和電解液出口，所述的腔體設有由兩塊陰極和一塊陽極 組成的電極組，所述陰極布置在陽極的兩側，各單元槽電極組串聯連接。
3、 根據權利要求2所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于， 所述單元槽中的電解液并聯布置，連接高位槽的電解液分配管通過各單 元槽電解液進口與單元槽連通，各單元槽的電解液經各自的出口與電解 液集流管連通，電解液集流管連接電解液儲槽。
4、 根據權利要求3所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于， 所述的陰極為鉛合金電極，陽極為鈦-銥-鉭氧化物電極；所述陰極為板 狀結構或開孔的板狀結構，所述陽極為板狀結構或開孔的板狀結構或為 開孔的網。
5、 根據權利要求3所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于所 述的電解液分配管與各單元槽的電解液進口之間分別設有流體分配控 制裝置，所述流體分配控制裝置為可調式閥門。
6、 根據權利要求1所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于所 述單元槽腔體內設有可調陰陽極間距的固定架，陰極和陽極分別固定在 所述固定架上。
7、 根據權利要求1所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于所 述電解槽為若干電解槽槽體串聯而成的電解槽組。
8、 根據權利要求1所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于所 述電解液儲槽至少還設一個轉換電解液儲槽，所述的電解液集流管及高 位槽擇一與電解液儲槽或轉換電解液儲槽相通。
9、 一種利用權利要求1所述的無隔膜電解合成丁二酸裝置的生產工藝， 其特征在于所述的工藝為將高位槽電解液通過電解液分配管分配在高低 不同的電解槽槽體內單元槽腔體之間分級串流，單元槽電解液經過電解 反應后由電解液出口匯流至電解液集流管，最后由電解槽電解液集流管 自流至電解液儲槽，再通過泵將電解液儲槽中的電解液泵入換熱器最終 到高位槽，電解終點時在電解液儲槽取得所述的丁二酸。
10、 根據權利要求9所述的利用無隔膜電解合成丁二酸裝置的生產工藝， 其特征在于所述的電解液儲槽至少還設一個轉換電解液儲槽，所述的電 解終點時，將電解液切換入配有原料的轉換電解液儲槽，由切換電解液 儲槽連通電解液集流管與高位槽，同時放出電解液儲槽中電解完畢的電 解液，間歇出料，待轉換電解液儲槽電解終點時，再將將電解液切換入 重新配有原料的電解液儲槽中，構成循環連續電解。
全文摘要
本發明涉及一種無隔膜電解合成丁二酸裝置及其工藝，所述的電解工藝特征在于采用分級串流式，并通過電解液儲槽切換實現連續電解，間歇出料。無隔膜電解合成丁二酸裝置，包括電解槽、電解液儲槽、電解液分配管、電解液集流管和高位槽、及電解液儲槽與高位槽間的泵和換熱器，所述高位槽、電解液分配管、電解槽、電解液集流管、電解液儲槽、換熱器、高位槽依次連通構成循環回路，所述電解槽包括電解槽槽體，所述的電解槽槽體內設有由兩塊陰極和一塊陽極組成的電極組，所述陰極布置在陽極的兩側。本發明的串流式雙陰極連續電解合成丁二酸裝置及生產工藝，貴金屬陽極利用率高，電極投資少，壽命長；尤其是適用于大規模電解合成高質量丁二酸。
文檔編號C25B9/00GK101100758SQ20071006982
公開日2008年1月9日 申請日期2007年6月30日 優先權日2007年6月30日
發明者張文魁, 甘永平, 輝 黃 申請人:浙江工業大學