Способ получения щавелевой кислоты

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения щавелевой кислоты, включающему подачу диоксида углерода через 1,0-13,0 М водный раствор трифторуксусной кислоты, насыщенный кислородом, при температуре 15-25°С и атмосферном давлении. Отделяют щавелевую кислоту выпариванием полученного продукта. Использование: химическая промышленность. Технический результат заключается в создании способа, позволяющего проводить процесс получения щавелевой кислоты в одну стадию, при комнатной температуре и атмосферном давлении. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения щавелевой кислоты, широко применяемой в различных отраслях промышленности.

Известен способ получения щавелевой кислоты путем окисления пропилена (US 3692830, 1972).

Недостаток этого способа заключается в многостадийности и сложности технологии процесса.

Известен способ получения щавелевой кислоты путем окисления этиленгликоля (US 3691232, 1972).

Недостатком этого способа является сложность аппаратурного оформления.

Известен способ получения щавелевой кислоты, в котором этиленгликоль или гликолевая кислота окисляются в присутствии азотной кислоты с избытком кислорода. Оксиды азота, образующиеся в процессе, окисляются до HNO₃ с кислородом в ходе реакции (US 3678107, 1972).

Недостатком этого способа является высокое давление, так как окисление при повышении давления улучшается.

Более близким к изобретению является способ получения щавелевой кислоты из оксида углерода методом кальцинирования. Процесс проводят в несколько стадий: действуют каустической содой на оксид углерода с образованием формиата натрия, далее проводят пиролиз формиата натрия в оксалат натрия, затем смешивают оксалат натрия с гидроксидом кальция (собственно реакция кальцинирования). После этого смесь веществ последовательно пропускают через несколько емкостей с выдерживанием температурного режима. При этом протекает окисление смеси и образование щавелевой кислоты (CN 101693656, 2010). При этом последнюю стадию данного способа проводят в пяти емкостях, устанавливая в них соответственно температуры 68-72°С, 78-82°С, 88-92°С, 88-92°С, 83-87°С.

Недостатками этого метода являются сложность поддержания условий процесса, использование высокой температуры, протекание его в несколько стадий и, как следствие, сложная технология способа.

Задача изобретения состоит в упрощении процесса получения щавелевой кислоты.

Поставленная задача достигается описываемым способом, включающим подачу диоксида углерода диоксида углерода через 1,0-13,0 М водный раствор трифторуксусной кислоты, насыщенный кислородом, с последующим выделением щавелевой кислоты нагреванием полученного продукта.

Предпочтительно подачу диоксида углерода проводить при температуре 15-25°С и атмосферном давлении.

Технический результат заключается в создании способа, позволяющего проводить процесс получения щавелевой кислоты в одну стадию, при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Готовят водный раствор ТФУК, насыщенный кислородом. Молярные концентрации растворов лежат в интервале 1,0-13,0 М. Насыщение кислородом проводят, например, пропуская через емкость с раствором воздух или газообразный кислород. Параметры времени и давления, при которых проводят насыщение, определяют концентрацию кислорода в растворе, однако, не влияют на скорость самой реакции окисления. Далее поток диоксида углерода прокачивают через емкость, заполненную указанным раствором, при поддержании технологически обусловленных температур (20-25°С) и атмосферного давления. Концентрация растворов определяет время пропускания диоксида углерода через емкость с реакционной смесью, а также влияет на выход целевого продукта. По окончании эксперимента из раствора выделяют продукт реакции путем выпаривания.

Полученное сухое вещество растворяют в воде и потенциометрическим титрованием подтверждают образование щавелевой кислоты.

Таким образом, в водных растворах ТФУК протекает димеризация диоксида углерода. Окислительная активность ТФУК связана с действием молекулярного кислорода, образовавшегося, в свою очередь, в результате абсорбции молекул кислорода из воздуха водным раствором ТФУК и последующей его активации. Далее возможно образование радикальных частиц CF₃COO^• и :

Тогда взаимодействие СО₂ с можно представить следующим образом:

После образования катион-радикала димера диоксида углерода можно ожидать формирование С-С-связи:

и после нагревания образование щавелевой кислоты:

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие описываемый способ, но не ограничивающие его.

Пример 1.

Диоксид углерода получают на аппарате Киппа и со скоростью 15 мл/мин пропускают через 1,0 М водный раствор трифторуксусной кислоты, насыщенный кислородом.

Эксперимент по окислению диоксида углерода проводят при температуре 25°С и атмосферном давлении. Объем водного раствора ТФУК составляет 15 мл. Не превращенный диоксид углерода на выходе из системы улавливают каждые 5 мин с помощью съемных ловушек с 0,427 М водным раствором NaOH и фиксируют окончание реакции окисления. Эксперимент проводят в течение 33 мин.

По окончании эксперимента полученный раствор выпаривают при 40°С и получают щавелевую кислоту с выходом около 30 мас.% на поглощенный диоксид углерода.

Пример 2.

Диоксид углерода получают на аппарате Киппа и со скоростью 15 мл/мин пропускают через 13,0 М водный раствор ТФУК, насыщенный кислородом.

Эксперимент по окислению диоксида углерода проводят при температуре 20°С и атмосферном давлении. Объем ТФУК составляет 15 мл. Не превращенный диоксид углерода на выходе из системы улавливают каждые 5 мин с помощью съемных ловушек с 0,427 М водным раствором NaOH. Эксперимент проводят в течение 30 минут до окончания реакции окисления.

По окончании эксперимента полученный раствор выпаривают при 40°С и получают щавелевую кислоту с выходом 70 мас.% на поглощенный диоксид углерода.

Таким образом, описываемый способ позволяет получать щавелевую кислоту в условиях низкой температуры и атмосферного давления.

1. Способ получения щавелевой кислоты, включающий подачу диоксида углерода через 1,0-13,0 М водный раствор трифторуксусной кислоты, насыщенный кислородом, с последующим выделением щавелевой кислоты нагреванием полученного продукта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу диоксида углерода осуществляют при температуре 15-25°С и атмосферном давлении.