Технология производства аскорбиновой кислоты (витамина С) (стр. 5 из 6)
Низкая механическая и коррозионная стойкость графита, ограничения по плотности тока, неблагоприятное соотношение эффективной поверхности к объему электрода — все это не давало возможности использовать электрохимический способ для многотоннажных производств.
Процесс электрохимического окисления проводится в присутствии катализатора — хлористого пли сернокислого никеля.
Механизм процесса может быть представлен следующим образом:
 |
Особенностью процесса является участие гидроксид-ионов в процессе окисления. При рИ<12,4 резко снижается скорость окисления.
Электрохимическое окисление проводят в электролизерах специальной конструкции. Электролизеры в форме винипластовых ванн, применявшиеся ранее, заменены на электролизеры фильтр-прессного типа с высокой плотностью тока. Установка состоит из 8 электролизеров, связанных между собой последовательно. Переток жидкости осуществляется за счет непрерывной подачи электролита в первый электролизер. Скорость подачи электролита контролируется ротаметром. Электролит готовят предварительно — концентрация ДАС — 120—140 г/л, NaOH—36—43 г/л. Величина рН в начале процесса 13,4—13,8, концентрация NiCb—1,5%. Процесс окисления осуществляется при температуре 50—53 °С, плотности тока 2—6 А/дм2 до остаточной концентрации ДАС не более 2.5 г/л. Электроокислительная система состоит из 4-х контуров, связанных между собой последовательно. Подача электролита в первый контур осуществляется через ротаметр. Каждый контур состоит из электроокислителя, фазоразделителя, насоса, теплообменника. Циркуляция электролита по контуру обеспечивается работой насоса.
Гидрат ДКГК выделяют из раствора ее натриевой соли, подкислив последний соляной кислотой до рН=1,7--2,0 при температуре не выше 10°С. Гидрат ДКП< сушат в пневматической сушилке при 80 °С.
Электрохимический способ позволяет получать гидрат ДКГК с выходом 90%.
Усовершенствование электрохимического окисления связано с разработкой новых катализаторов, использованием предварительно активированного отработанного катализатора, а также с разработкой методов очистки стоков и в других направлениях.
Стадия 5. Производство L-аскорбиновой кислоты из гидрата ДКГК
Превращение гидрата ДКГК в аскорбиновую кислоту является сложным процессом и протекает в две основные стадии. Первую стадию можно рассматривать как стадию этерификации и гидролиза, вторую — как «фенолизацию» и «лактонизацию» этилового эфира 2-кето-Г-гулоновой кислоты с образованием аскорбиновой кислоты. Последовательность этих процессов до конца не выяснена, однозначного толкования этих процессов нет.
Образование этилового эфира 2 кето-L-гулоновой кислотой доказано, однако его не выделяют.
 |
К побочным процессам относятся: частичное образование фурфурола, продуктов его конденсации и смол, а также других органических продуктов неизвестного строения.
Процесс получения технической аскорбиновой кислоты (ТАК) состоит из следующих операций:
1. Фенолизация гидрата ДКГК.
2. Центрифугирование и сушка ТАК.
3. Регенерация дихлорэтана.
4. Нейтрализация кислого ацетона.
Процесс фенолизации катализируется минеральными кислотами, в том числе хлористым водородом, и проводится при использовании органических растворителей — хлороформа, дихлорэтана, трихлорэтилена и др. В промышленности используют два варианта.
Фенолизацию ведут в присутствии спиртового раствора НС1 в дихлорэтане или хлороформе. Вначале идет процесс этерификации по карбоксильной группе и процесс гидролиза ацетоновых групп, а затем при 60—62°С—в хлороформе или 70—71°С—в дихлорэтане протекает процесс фенолизации и лактонизации. Длительность процесса в хлороформе 45—48 ч. Выход—84,3% в пересчете на ДКГК.
Исходный продукт — гидрат ДКГК — плавят, добавляют концентрированную 35%-ную соляную кислоту, температуру поднимают до 68—80°С и при температуре 50—80°С отгоняют выделяющийся ацетон. Maccу передают в фенолизатор и добавляют дихлорэтан, а затем изопропанол и остаток соляной кислоты. Реакционную массу выдерживают в течение 8—12 ч при температуре не выше 72 °С. Через 8—10 ч контролируют содержание продукта в массе. При положительном анализе охлаждают реакционную массу водой до 40 °С, а затем в течение 1—3 ч до температуры не выше 14 °С. Выпавшие кристаллы аскорбиновой кислоты отфильтровывают на центрифуге, промывают регенерированным ДХЭ, охлажденным до температуры 10 °С. Сушат ТАК в секционной сушилке при температуре не выше ПО°С. Выход ТАК—до 86— 90%. Следует отметить, что в этом случае процесс идет через образование 2-кето-Ь-гулоновой кислоты.
Недостатком этого метода является загустевание массы при гидролизе и лактонизации. Поэтому предложено вести процесс без отгонки ацетона.
К недостаткам фенолизации в хлороформе относится длительность процесса, а также плохая растворимость гидрата ДКГК и ТАК в применяемых растворителях. С целью сокращения времени предложен процесс ускоренной фенолизации в ДХЭ при работе с влажным гидратом ДКГК. фенолизацию и лактонизацию ведут в среде дихлорэтановой «рабочей» смеси с отгонкой ацетона в присутствии раствора НС1 в изобутаноле. Общая продолжительность процесса сокращается с 46—48 ч до 20—24 ч. Выход—84,1% в пересчете на гидрат ДКГК.
Целесообразно вести процесс фенолизации в присутствии поверхностно-активных веществ, которые вследствие измельчения дисперсной фазы уменьшают сопротивление массопереносу в гетерогенной системе и увеличивают скорость взаимодействия.
Стадия 6. Получение медицинской аскорбиновой кислоты
Медицинскую аскорбиновую кислоту (МАК) получают перекристаллизацией ТАК и аскорбиновой кислоты, выделенной из маточников.
Вследствие лабильности перекристаллизацию ТАК ведут при соблюдении перечисленных ниже условий:
— процессы растворения, упаривания, сушки проводят быстро, при температуре не выше 70 °С;
— растворы хранят на холоду;
— для осветления применяют специально подготовленный уголь и ограничивают его количество;
— полностью исключают контакт с железом.
Процесс получения МАК состоит из следующих операций:
1. Получение дистиллированной воды.
2. Восстановление активированного угля, регенерация отработанного угля.
3. Перекристаллизация ТАК.
4. Получение АК П-ой кристаллизации.
5. Получение АК 111-ей и IV-ой кристаллизации.
6. Регенерация этилового спирта, применяемого для промывки МАК.
Дистиллированную воду получают перегонкой умягченной поды или артезианской поды. Воду анализируют на содержание ионов железа, хлоридов, сульфатов и органических примесей. -Величина рН воды должна быть в пределах 4,5—7,8.
Уголь восстанавливают глюкозой в щелочной среде в присутствии кальцинированной соды при температуре 85—90 °С, отфильтровывают и промывают горячей дистиллированной водой до нейтральной реакции среды.
Перекристаллизацию ТАК и АКП-ой кристаллизации ведут при температуре 80—85 °С в присутствии активированного угля от трилона Б. Фильтрацию от угля проводят при температуре 65—75 °С. Продукт кристаллизуют в течение 4— 6 ч при перемешивании и температуре 0——2°С и отфильтровывают.
Полученную медицинскую аскорбиновую кислоту на фильтре промывают дистиллированной водой, охлажденной до О—2°С, затем охлажденным этанолом и сушат в вакуумной сушке при температуре горячей воды 80—85 °С. Выход МАК 1-ой кристаллизации 66,7% от теоретически возможного.
Для получения аскорбиновой кислоты 11-ой кристаллизации используют маточные растворы аскорбиновой кислоты, которые упаривают и кристаллизуют.
Аскорбиновую кислоту III-ей и IV-ой кристаллизации получают при переработке маточных растворов аскорбиновой кислоты II-ой и Ш-ей кристаллизации. Суммарный выход МАК с учетом перекристаллизации аскорбиновой кислоты 11, III, IV кристаллизации составляет 92,2% в пересчете на ТАК.
Все растворители, используемые в синтезе аскорбиновой кислоты, регенерируют.
Синтез аскорбиновой кислоты—многостадийный процесс, требующий использования большого количества растворителей и различных видов сырья. Выбросы в атмосферу и образование значительного количества кислых стоков на стадии ацетонировання являются серьезным недостатком процесса в целом.
Наиболее совершенная стадия в промышленном синтезе аскорбиновой кислоты—трансформация D-сорбита в L-copбозу, осуществляемая микробиологическим окислением. При этом используется уникальное свойство бактерий — выполнять направленный процесс окисления многоатомных спиртов в сахаре.
В исследованиях, направленных на усовершенствование синтеза витамина С, четко прослеживается тенденция к сокращению числа химических стадий за счет привлечения биотехнологических методов.
Значительные успехи были достигнуты в получении 2-кето--L-гулоновой кислоты через 2,5"дикето-0-глюконовую кислоту. 2,5-дикето-0-глюконовая кислота может быть получена при окислении глюкозы бактериями рода Gluconobactcr Егwinia. Трансформация полученной кислоты в 2-кето-Ь-гулоно-вую кислоту осуществляется многими бактериями, принадлежащими к родам Corynebacterium, Brevibacterium и др.
Используя микробиологический метод, можно осуществить в одном ферментере двухстадийный синтез 2-кето-1-гулоновой кислоты с высоким выходом—84,6% (при химическом синтезе 65—69%).