Способ получения гликолевой кислоты или ее натриевой соли

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИКОЛЕВОЙ КИСЛОТЫ ИЛИ ЕЕ НАТРИЕВОЙ СОЛИ взаимодействием водных растворов глиоксаля и едкого натра с последующим выделением образовавшейся натриевой соли гликолевой кислоты из ее водного раствора или переводом ее в гликолевую кислоту путем пропускания водного раствора через катионит, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта и упрощения процесса, взаимодействие осуществляют непрерывно при полярном соотношении глиоксаль: NaOH 1:1-1,05 соответственно, при объемной скорости подачи реагентов 0,77-0,96 л/ч в 4-зонном реакторе, при дробном повышении температуры реакционной массы от 20 до 85^oС при поддержании в I зоне температуры 20-25^oС, во II зоне 40-50^oС, в III зоне - 60-65^oС и в IY зоне 80-85^oС и выделение натриевой соли гликолевой кислоты проводят путем распыления водного раствора в этанол.

Изобретение относится к органическому синтезу, конкретно к усовершенствованному способу получения гликолевой кислоты или ее натриевой соли, которые находят широкое применение в органическом синтезе. Так, гликолевая кислота используется как мономер для синтеза полигликолевой кислоты, являющейся продуктом для получения волокон, из которых делают нити для сшивания ран. Кроме того, гликолевая кислота является исходным продуктом для синтеза ряда лекарственных препаратов, применяемых в целях предотвращения образования камней в почках и мочевом пузыре. Натрий гликолевокислый в последнее время находит широкое применение в качестве добавок к химическим смесям для нужд автомобильной промышленности.
Известен способ получения гликолевой кислоты или ее натриевой соли омылением монохлоруксусной кислоты водным раствором едкого натра, переводом образовавшейся натриевой соли гликолевой кислоты в малорастворимую медную соль добавлением водного раствора медного купороса с последующим разложением сероводородом до гликолевой кислоты. Выход натриевой соли гликолевой кислоты не указан, выход гликолевой кислоты составляет 80-85%
Недостатками способа являются многостадийность и нетехнологичность, связанная с необходимостью использования токсичной и агрессивной монохлоруксусной кислоты, ядовитого газа сероводорода, а также сравнительно низкий выход продуктов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения гликолевой кислоты или ее натриевой соли взаимодействием 20% -ного водного раствора глиоксаля и 1,0 н.раствора едкого натра (мольное соотношение 1:0,9) при 20^оС в течение 15-20 ч с последующим выделением образовавшейся натриевой соли упариванием досуха, промыванием абсолютным спиртом и сушкой, после чего сухой натрий гликолевокислый растворяют в воде и пропускают через катионит. Водный раствор гликолевой кислоты упаривают досуха, а остаток перегоняют в вакууме. Выход натриевой соли не указан, а выход гликолевой кислоты составляет 76% что позволяет предположить, что выход натриевой соли составляет 80-82%
Недостатками способа являются сравнительно низкий выход продукта, периодичность, длительность и сложность процесса, обусловленные необходимостью проведения ряда операций на стадиях получения натриевой соли гликолевой кислоты и самой кислоты (низкая температура проведения процесса приводит к неполному взаимодействию глиоксаля и едкого натра, а быстрое повышение температуры при упарке к осмолению непрореагировавшего глиоксаля, что сильно загрязняет соль и целевую гликолевую кислоту, в результате чего возникает необходимость очистки последней вакуумной перегонкой).
Целью изобретения являются увеличение выхода гликолевой кислоты или ее натриевой соли, а также упрощение процесса.
Цель достигается предлагаемым способом получения гликолевой кислоты или ее натриевой соли путем непрерывного взаимодействия водных растворов глиоксаля и едкого натра при их мольном соотношении 1:1,0-1,05 соответственно, при объемной скорости подачи реагентов в 4-зонный реактор 0,77-0,96 л/ч и при дробном повышении температуры реакционной массы в реакторе от 20 до 85^оС при поддержании в I зоне температуры 20-25^оС, во II зоне 40-50^оС, в III зоне 60-65^оС и в IV зоне 80-85^оС с последующим распылением образовавшейся натриевой соли гликолевой кислоты в этанол, фильтрацией и сушкой или пропусканием ее через ионообменную колонну, заполненную катионитом КУ-2, упариванием водного раствора гликолевой кислоты и сушкой. Выход натрия гликолево-кислого 95-99,5% Выход гликолевой кислоты 92-94%
Отличительными признаками процесса являются осуществление взаимодействия непрерывно, при мольном соотношении глиоксаль:NaOH 1:1-1-05 cоответственно, при объемной скорости подачи реагентов 0,77-0,96 л/ч, в 4-зонном реакторе при дробном повышении температуры реакционной массы в реакторе от 20 до 85^оС при поддержании в I зоне температуры 20-25^оС, во II зоне 40-50^оС, в III зоне 60-65^оС и в IV зоне 80-85^оС и выделение натриевой соли гликолевой кислоты путем распыления водного раствора в этанол
В предлагаемом процессе используют 40%-ные водные растворы глиоксаля и едкого натра, это обусловливается тем, что исходные реактивы выпускаются в указанной концентрации, разбавление растворов исходных реагентов увеличивает энерго- и трудозатраты при выделении целевых продуктов. Использование более концентрированных растворов реагентов также связано с дополнительными энерго- и трудозатратами и, кроме того, возникают трудности при работе с более вязкими растворами.
Предлагаемый процесс осуществляют в 4-зонном реакторе типа идеального перемешивания.
Температурный интервал ведения процесса обусловлен тем, что при температуре ниже 20^оС время контакта исходных реагентов увеличивается, что снижает производительность реактора или приводит к необходимости использования реактора большей высоты, а верхний предел температурного интервала (85^оС) обусловлен тем, что процесс практически заканчивается уже при этой температуре. Необходимо выдерживать указанные температурные интервалы во всех зонах, так как в противном случае падает выход целевого продукта. Выбор объемной скорости подачи реагентов обусловлен, с одной стороны, увеличением времени контакта реагентов, а следовательно, уменьшением производительности реактора (при скорости менее 0,77 л/ч), с другой уменьшением выхода целевого продукта из-за снижения времени контакта исходных реагентов.
П р и м е р 1. Получение натрия гликолевокислого.
В верхнюю расширяющуюся часть реактора 1 (см.схему на чертеже), представляющего собой вертикальную трубу диаметром 50 мм (диаметр расширяющейся части 100 мм), состоящую из четырех последовательно соединяющихся кусков длиной по 400 мм с отдельными рубашками для создания различных температурных зон, одновременно подают 0,580 кг/ч (4,0 моль/ч в пересчете на 100%-ный) 40% -ного глиоксаля и 40%-ный водный раствор едкого натра, обеспечивая мольное соотношение исходных реагентов 1:1,05, объемная скорость подачи реагентов при этом составляет 0,77 л/ч, включают мешалку и воду в рубашке I зоны реактора для поддержания температуры в зоне контакта реагентов 25^оС. В рубашки остальных зон реактора подают горячую воду с таким расходом, чтобы поддержать следующие средние температуры реакционной смеси в зонах, ^оС: во II 50 в III 65 в IV 85
Реакционная смесь после прохождения всех температурных зон реактора поступает в эжектор осадителя-отстойника 2 с диаметром верхней части 500 мм, высотой 600 мм и диаметром нижней части 150 мм, высотой 1000 мм, который заполнен этанолом.
В осадителе-отстойнике с помощью азота (который подают в эжектор) происходит распыление реакционной смеси в верхней части с одновременным осаждением и промывкой натриевой соли гликолевой кислоты от следов глиоксаля и едкого натра. Затем соль поступает в нижнюю часть осадителя-отстойника, откуда ее в виде взвеси в этаноле (пульпа) отправляют на фильтрацию и сушку известными непрерывными методами. Получают 0,39 кг/ч (3,98 моль/ч, 99,5%) натрия гликолевокислого, представляющего собой белый кристаллический порошок с содержанием основного вещества 98,5%
П р и м е р 2. Процесс проводят аналогично примеру 1, с той разнице, что температуры в реакционных зонах поддерживают, ^оС: в I 25 во II 50 в III 65 в IV 85
Из 0,4 кг/ч 40% -ного NaOH и 0,580 кг/ч 40%-ного глиоксаля (что соответствует мольному соотношению 1:1 и объемной скорости 0,77 л/ч) получают 0,38 кг/ч (97% ) натрия, гликолевокислого с содержанием основного вещества 99,0%
П р и м е р 3. Процесс проводят аналогично примеру 1 с той разницей, что температуры в реакционных зонах поддерживают, ^оС в I 20 во II 40 в III 60 в IV 80
Из 0,525 кг/ч (5,25 моль/ч) 40%-ного NaOH и 0,725 кг/ч (5 моль/ч) 40%-ного глиоксаля (что соответствует мольному соотношению реагентов 1,05:1 и объемной скорости 0,96 л/ч) получают 0,464 кг/ч (4,75 моль/ч; 95%) натрия гликолевокислого.
П р и м е р 4. Процесс проводят аналогично примеру 1 с той разницей, что температуры в реакционных зонах поддерживают, ^оС: в I 15 во II 40 в III 60 в IV 80
Получают 0,356 кг/ч (3,63 моль/ч; 91%) натрия гликолевокислого.
П р и м е р 4. Процесс проводят аналогично примеру 1 с той разницей, что температуры в реакционных зонах поддерживают, ^оС: в I 25 во II 50 в III 65 в IV 70
Получают 0,339 кг/ч (87%) натрия гликолевокислого.
П р и м е р ы 5 и 6. Процесс проводят аналогично примеру 1 с той разницей, что температуры в реакционных зонах поддерживают, ^оС:
для примера 5 для примера 6
в I 25, в I 40
во II 50, во II 50
в III 65, в III 60
в IV 90, в IV 85
Получают соответственно 0,39 кг/ч (3,98 моль/ч; 99,5%) и 0,3 кг/ч (3,06 моль/ч; 76,5%) натрия гликолевокислого.
П р и м е р ы 7 и 8. Процесс проводят аналогично примеру 1 с той разницей что объемные скорости поддерживают соответственно 0,70 л/ч и 1,0 л/ч. Получают 0,355 кг/ч (3,62 моль/ч; 99,5%) и 0,457 кг/ч (4,67 моль/ч; 90%) натрия гликолевокислого.
П р и м е р 9. Получение гликолевой кислоты.
Процесс проводят аналогично примеру 1 с той разницей, что реакционную смесь из реактора 1 подают в аппарат 3, куда одновременно подают 3 кг/ч дистиллированной воды для получения 10%-ного раствора соли. Затем разбавленный водный раствор соли подают на ионообменную колонну 4 диаметром 200 мм и высотой 2,5 м, заполненную катионитом КУ-2, и полученный водный раствор гликолевой кислоты упаривают и сушат известными непрерывными способами.
Получают 0,286 кг/ч (3,76 моль/ч) гликолевой кислоты (выход 94%), представляющей собой белое кристаллическое вещество. Т.пл. 77,5-78^оС. Лит. данные: белое кристаллическое вещество, т.пл. 76,5^оС.
П р и м е р 10. Проводят аналогично примеру 9, с той разницей, что температуры в реакционных зонах поддерживают, ^оС: в I 20 во II 40 в III 60 в IV 80
Из 0,725 кг/ч (5 моль/ч) 40%-ного глиоксаля и 0,525 кг/ч 40%-ного NaOH при объемной скорости 0,96 л/ч получают 0,350 кг/ч (4,61 моль/ч) гликолевой кислоты. Выход 92%
По сравнению с известным предлагаемый способ получения гликолевой кислоты и ее натриевой соли значительно проще, технологичнее, позволяет вести процесс непрерывно, а также увеличить выход целевых продуктов (от 20,4 до 95-99,5% в случае натрия гликолевокислого и от 76 до 92-94% для гликолевой кислоты).
Кроме того, предлагаемый способ позволяет одновременно получить и гликолевую кислоту, и натрий гликолевокислый на одной технологической установке в зависимости от потребности в том или ином продукте.