專利名稱：一種用于酯類水解的電解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工中的化學(xué)生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種酯類水解的方法。
背景技術(shù)：
酯類水解是一類重要的化學(xué)反應(yīng)，在石化、制藥、化纖、農(nóng)藥等許多行業(yè)有著十分 廣泛的應(yīng)用。目前酯類水解的方式多是通過催化劑進(jìn)行的，常用的催化劑有堿、胺、鹽、酶、 酸等。催化劑的使用、再生等過程給生產(chǎn)帶來許多不便，如設(shè)備腐蝕、流程復(fù)雜、大量的廢棄 物產(chǎn)生等，不符合清潔生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。如維生素C的生產(chǎn)過程是將古龍酸與甲醇反應(yīng)生成古龍酸甲酯，然后再水解生成 維生素C和甲醇。目前在生產(chǎn)實(shí)際中，古龍酸甲酯的水解可使用硫酸或者碳酸氫鈉做催化 劑。使用硫酸做催化劑時(shí)，將古龍酸甲酯催化水解轉(zhuǎn)化得到維生素C，但硫酸對產(chǎn)品的品質(zhì) 和收率影響很大，設(shè)備腐蝕也非常嚴(yán)重，去除硫酸的過程還要副產(chǎn)大量的硫酸鹽；并且酸催 化的生產(chǎn)過程中反應(yīng)速度緩慢、必須及時(shí)將反應(yīng)產(chǎn)物分離出來，否則會導(dǎo)致產(chǎn)品收率更低。 使用碳酸氫鈉作為催化劑時(shí)，其產(chǎn)品品質(zhì)、收率、設(shè)備腐蝕狀況都會得到很大改善，但水解 產(chǎn)物只能得到維生素C的鈉鹽，需要進(jìn)一步用離子轉(zhuǎn)換才能將鈉鹽轉(zhuǎn)化成酸，整個(gè)過程需 要消耗大量的碳酸氫鈉和酸，最終排出高鹽廢水。目前乙酸甲酯的催化水解通常使用離子交換樹脂做固體酸催化劑，可以直接得到 比較純凈的酸和醇，并且實(shí)現(xiàn)了催化劑的及時(shí)分離。但也存在催化劑的裝填、再生、老化等 問題，仍會有一定量的廢液排放，后續(xù)還需要再生處理。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不需要催化劑的潔凈水解工藝已經(jīng)人們研究的方向。如浙 江大學(xué)材料與化工學(xué)院制藥工程研究所鹿騁等在《化學(xué)反應(yīng)工程與工藝》2004年9月出版 的《高溫高壓水中乙酸苯酯無催化水解反應(yīng)動力學(xué)》一文中提到，水在高溫高壓下電離后可 作為催化劑使用，此時(shí)水的電離常數(shù)顯著增大，氫離子和氫氧根離子數(shù)量也會增多，具有酸 堿催化的功能；并且用水電離做催化劑，不會對環(huán)境產(chǎn)生任何污染，因而是一種很有前途的 綠色工藝。但其工藝條件較高，壓力必須在15Mpa以上、溫度在152°C 216°C之間，對設(shè)備 及安全的要求都非常高，不易廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種不帶入任何雜質(zhì)、操作流程簡單、并能夠廣泛 應(yīng)用于生產(chǎn)的酯類水解的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種用于酯類水解的電解方法，該方法采用電解水解裝置完成酯類的水解，所述 電解水解裝置包括電極以及位于電極之間的交替設(shè)置的水解單元和極板，水解單元包括陽 離子交換膜和陰離子交換膜，電解水解裝置的工作區(qū)域包括陽極室、陰極室和水解室，并按 以下步驟進(jìn)行a.將電解液分別泵入陽極室和陰極室，酯類溶液泵入水解室，分別進(jìn)行循環(huán)；
b.待循環(huán)穩(wěn)定后，在陽極和陰極兩個(gè)電極之間施加直流電源，進(jìn)行水的電解；此 時(shí)可收集付產(chǎn)的氫氣和氧氣進(jìn)行處理；C.酯在水解室中被氫離子和氫氧根離子水解，生成相應(yīng)的酸和醇，循環(huán)到裝置外 進(jìn)行分離，得到所需的酸。 本發(fā)明所述電解水解裝置的改進(jìn)在于所述電解水解裝置包括一組水解單元和一 對電極。設(shè)置在兩個(gè)電極之間的水解單元還可以為兩組或兩組以上，相鄰水解單元之間均 設(shè)置有一張極板。本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)為該方法采用電解水解裝置完成酯類的水解，所述電解水 解裝置包括電極以及位于電極之間的交替設(shè)置的陽離子交換膜和極板，所述電解水解裝置 的工作區(qū)域包括陽極室和水解室，該方法按以下步驟進(jìn)行a.將電解液泵入陽極室，酯類溶液泵入水解室，進(jìn)行循環(huán)；b.待循環(huán)穩(wěn)定后，在陽極和陰極兩個(gè)電極之間施加直流電源，進(jìn)行水的電解；c.酯在水解室中被氫離子和氫氧根離子水解，生成相應(yīng)的酸和醇。本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)中所述電解水解裝置的改進(jìn)在于所述電解水解裝置包括一張陽 離子膜和一對電極。設(shè)置在兩個(gè)電極之間的陽離子交換膜還可以為兩張或兩張以上，相鄰 陽離子交換膜之間均設(shè)置有一張極板。所述電解液的改進(jìn)在于所述電解液為水、酸、堿、鹽溶液中的任意一種。本發(fā)明的工作原理如下所述本發(fā)明的電解水解裝置工作時(shí)，首先將電解液泵入陽極室和陰極室，酯類溶液泵 入水解室，再在兩個(gè)電極板之間接通直流電源。此時(shí)在陽極室內(nèi)，水被電解氧化成氧氣和氫 離子，氧氣直接排出裝置，氫離子則通過陽離子交換膜進(jìn)入水解室；在陰極室內(nèi)，水被電解 還原成氫氣和氫氧根離子，氫氣直接排出裝置，氫氧根離子則通過陰離子交換膜進(jìn)入水解 室。水解室內(nèi)，酯在氫離子和氫氧根離子的作用下進(jìn)行水解，生成相應(yīng)的酸和醇排出裝置， 進(jìn)行后續(xù)處理。水解過程中必須及時(shí)將水解液移出裝置進(jìn)行分離，并適時(shí)補(bǔ)充水解室內(nèi)的 酯溶液。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步在于本發(fā)明采用水電解過程中在陰陽極室內(nèi)分別產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子作為催 化劑，來促進(jìn)酯的水解，氫離子和氫氧根離子的反應(yīng)活性遠(yuǎn)高于水分子。采用本發(fā)明的方法 既提高了水解反應(yīng)速度，又可以直接得到所需的酸，而且不帶入任何雜質(zhì)。本方法在不添加催化劑的情況下，綜合了酸催化和堿催化的優(yōu)點(diǎn)，直接得到所需 的酸產(chǎn)品，生產(chǎn)過程簡單安全，不僅節(jié)約了酸堿的消耗，而且還無需后續(xù)廢物處理流程，大 大節(jié)約了生產(chǎn)成本，簡化了工藝流程。并且在常溫常壓下即可實(shí)施本發(fā)明，其物質(zhì)利用率 高，無任何污染物排放，工藝綠色環(huán)保，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中電解水解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中電解水解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.陽極板，2.陰極板，3.陽離子交換膜，4.陰離子交換膜，5.陽極室，6.水 解室，7.陰極室。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1本發(fā)明應(yīng)用于維生素C的生產(chǎn)，電解水解裝置包括陽離子交換膜3、陰離子交換膜 4和一對電極，其設(shè)置順序依次為陽極板1、陽離子交換膜3、陰離子交換膜4和陰極板2 ；該 電解水解裝置中有三個(gè)反應(yīng)區(qū)域陽極室5、陰極室7和水解室6 ；其中陽極板1與陽離子交 換膜3之間為陽極室5，陰極板2與陰離子交換膜4之間為陰極室7，陰陽離子交換膜之間 的區(qū)域?yàn)樗馐?。整套設(shè)備安裝好后，首先將水泵入陽極室和陰極室內(nèi)，古龍酸甲酯泵入水解室，待 循環(huán)穩(wěn)定后在兩電極板之間接通直流電源。此時(shí)在陽極室內(nèi)，水被電解氧化成氧氣和氫離 子，氧氣直接排出裝置，氫離子則通過陽離子交換膜進(jìn)入水解室；在陰極室內(nèi)，水被電解還 原成氫氣和氫氧根離子，氫氣直接排出裝置，氫氧根離子則通過陰離子交換膜進(jìn)入水解室； 在水解室內(nèi)古龍酸甲酯在氫離子和氫氧根離子作用下完成水解，直接生成維生素C和甲 醇，然后隨循環(huán)排出裝置，進(jìn)行后續(xù)處理。采用本方法不僅避免使用碳酸氫鈉，而且省略了后續(xù)的將維生素C鈉轉(zhuǎn)化成維生 素C的離子交換過程，省略了樹脂，以及樹脂再生用的酸和堿；同時(shí)還減少了高鹽廢水的排 放，達(dá)到了簡化工藝流程、節(jié)約成本、綠色環(huán)保的目的。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，泵入水解室內(nèi)的溶液為乙酸甲酯，乙酸甲酯 在氫離子和氫氧根離子的作用下水解生成乙酸和甲醇。實(shí)施例3其水解電解裝置如圖2所示。本發(fā)明用于甲酸甲酯的水解，其電解水解裝置包括 一張陽離子交換膜3和一對電極，其設(shè)置順序依次為陽極板1、陽離子交換膜3和陰極板2， 該電解水解裝置的工作區(qū)域?yàn)殛枠O室5和水解室6，即陽極板1與陽離子交換膜3之間為陽 極室5，陰極板2與陽離子交換膜3之間為水解室6。設(shè)備安裝好后，將水泵入陽極室，甲酸甲酯溶液泵入水解室，待循環(huán)穩(wěn)定后，在陽 極和陰極兩個(gè)電極之間施加直流電源。此時(shí)在陽極室內(nèi)，水被電解氧化成氧氣和氫離子，氧 氣直接排出裝置，氫離子則通過陽離子交換膜進(jìn)入水解室；在水解室內(nèi)，由于陰極板施加有 電壓，水會被電解成氫氣和氫氧根離子，氫氣直接排出裝置，甲酸甲酯則在氫氧根離子和氫 離子的作用下進(jìn)行水解，生成甲酸和甲醇。
權(quán)利要求
一種用于酯類水解的電解方法，其特征在于該方法采用電解水解裝置完成酯類的水解，所述電解水解裝置包括電極以及位于電極之間的交替設(shè)置的水解單元和極板，水解單元包括陽離子交換膜和陰離子交換膜，所述電解水解裝置的工作區(qū)域包括陽極室、陰極室和水解室，該方法按以下步驟進(jìn)行a.將電解液泵入陽極室和陰極室，酯類溶液泵入水解室，分別進(jìn)行循環(huán)；b.在陽極和陰極兩個(gè)電極之間施加直流電源，進(jìn)行水的電解；c.酯在水解室中被氫離子和氫氧根離子水解，生成相應(yīng)的酸和醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于酯類水解的電解方法，其特征在于所述電解水解 裝置包括一組水解單元和一對電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于酯類水解的電解方法，其特征在于該方法采用電 解水解裝置完成酯類的水解，所述電解水解裝置包括電極以及位于電極之間的交替設(shè)置的 陽離子交換膜和極板，所述電解水解裝置的工作區(qū)域包括陽極室和水解室，該方法按以下 步驟進(jìn)行a.將電解液泵入陽極室，酯類溶液泵入水解室，進(jìn)行循環(huán)；b.在陽極和陰極兩個(gè)電極之間施加直流電源，進(jìn)行水的電解；c.酯在水解室中被氫離子和氫氧根離子水解，生成相應(yīng)的酸和醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于酯類水解的電解方法，其特征在于所述電解水解 裝置包括一張陽離子交換膜和一對電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的一種用于酯類水解的電解方法，其特征在于所 述電解液為水、酸、堿、鹽溶液中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于酯類水解的電解方法，該方法采用由陽離子交換膜、陰離子交換膜以及電極構(gòu)成電解水解裝置，進(jìn)行酯類的水解。具體步驟為a.將電解液泵入陽極室和陰極室，酯類溶液泵入水解室，進(jìn)行循環(huán)；b.在陽極和陰極兩個(gè)電極之間施加直流電，進(jìn)行水的電解；c.酯在水解室中被氫離子和氫氧根離子水解，生成相應(yīng)的酸和醇。本發(fā)明利用電解水進(jìn)行酯類水解的催化，直接得到潔凈的酸和醇產(chǎn)品，無需添加任何催化劑，物質(zhì)利用率高，無高鹽廢水排放，工藝流程簡單安全，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。
文檔編號C07C31/04GK101817714SQ20101015255
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者劉洪泉, 李文曦, 檀文禮, 石亞靜, 趙立新 申請人:石家莊開發(fā)區(qū)德賽化工有限公司