Производство гидрата диацетон-2-кето-L-гулоновой кислоты

Четвертой стадией промышленного синтеза аскорбиновой кислоты является окисление диацетонсорбозы (ДАС) в диацетон-2-кето-L-гулоновую кислоту (ДКГК). Гидрат ДКГК кристаллизуется в виде бесцветных кристаллов с Тп.л=98—99°С, хорошо растворим в спирте, эфире, почти не растворим в ледяной воде. При кипячении с водой гидрат легко омыляется и переходит в 2-кето-L-гулоновую кислоту, процесс гидролиза легко идет в кислой среде.

Окисление ДАС перманганатом калия осуществляется в водно-щелочной среде при t=32—34°С [8]. Полученную натриевую соль диацетон-2-кето-L-гулоновой кислоты переводят в ДКГК с помощью 20%-ного раствора НС1 при t=2°C (pH=1,7-2,0). Выход ДКГК - 95—96%.

Присущие этому процессу недостатки - высокая стоимость и дефицитность КМnO4, а также довольно большой его расход (несмотря на то, что КМnO4 является очень эффективным и удобным для применения окислителем) делают его неперспективным для широкого применения.

Наиболее перспективными с экономической точки зрения являются гипохлоритный и электрохимический методы окисления ДАС, применяющиеся на ряде заводов. Рассмотрим эти два метода более подробно.

Гипохлоритный метод. Процесс окисления ДАС гипохлоритом натрия протекает по схеме:

Механизм окисления при помощи NaCIO в присутствии NiSO4 заключается в следующем [18].

В щелочной среде образуется гидрат закиси никеля, окисляемый NaCIO до Ni2O3:

NiSO4+2NaOH→Ni(OH)2+Na2S04

2Ni(OH)2+NaClO→Ni2O3+2H2O+NaCl.

Окись никеля далее действует как катализатор, выделяя кислород из NaCIO. Окись никеля превращается в закись, которая снова окисляется в окись никеля:

3NaCIO + Ni2O3→2NiO2+3NaCl+O2

Выделяющийся кислород окисляет ДАС. Процесс сильно экзотермичен. Реакция, как правило, протекает с быстрым повышением температуры до 100—102 °С.

На процесс окисления и на качество ДКГК влияют ряд факторов. Концентрация щелочи в NaCIO должна поддерживаться на уровне около 70 г/л при концентрации активного хлора 150—170 г/л. Количество NaCIO не должно превышать теоретического, так как при его избытке увеличиваются потери ДКГК. Температура окисления должна быть не ниже 65 °С и не выше 80 °С. Концентрация ДАС—до 18—20%. При более высокой концентрации окисление протекает слишком энергично. Расход окислителя зависит от качества ДАС. На выход ДКГК оказывает влияние величина рН реакционной массы (процесс ведут при рН=7,5—8,0).

Основной побочный процесс — окисление примеси MAC с образованием оксалата и ацетата натрия, хлористого натрия и хлороформа.

Процесс получения гидрата ДКГК состоит из следующих операции:

1. Приготовление раствора сернокислого никеля.

2. Подготовка раствора NaClO.

3. Приготовление разбавленной соляной кислоты.

4. Получение натриевой соли ДКГК методом непрерывного окисления ДАС гипохлоритом натрия.

5 Получение гидрата ДКГК.

Предварительно готовят раствор сернокислого никеля в дистиллированной воде с концентрацией 200-—400 г/л.

С целью стабилизации процесса окисления в раствор гипохлорита натрия вводят 42—44 %-ный раствор NaOH. После 1 ч выдержки раствор передают на стадию окисления. Раствор содержит 50 г/л NaOH, 150 г/л активного хлора.

Готовят также 19 %-ный раствор соляной кислоты.

Процесс окисления ведут в непрерывно действующей колонне с кольцами Рашига. Рабочий раствор ДАС (содержание щелочи—10—15 г/л, ДАС—20%) подогревают до 35— 80 °С и насосом подают в напорную емкость, откуда самотеком — в нижнюю часть окислительной колонны. В линию подачи ДАС направляют раствор сульфата никеля. В нижнюю часть окислительной колонны из напорной емкости самотеком подают раствор гипохлорита натрия. Скорость подачи регулируют и измеряют соответствующими приборами. Скорость подачи раствора ДАС—750 л/ч, катализатора 7 - 10,8 л/ч, раствора NaClO—из расчета 1 кг активного хлора на 1 кг 100% ДАС.