綠色化學與乙基麥芽酚生產廢物循環利用研究

逄江華，薛守慶，2*，魏 彤，李 雪，李 悅，王浩然

(1.菏澤學院 化學化工學院，山東 菏澤 274015；2.菏澤學院化學化工學院 精細化學品研究所，山東 菏澤 274015)

1 項目介紹

1.1 氯化鎂的簡介

氯化鎂是一種由74.54%的氯和25.48%的鎂組成的氯化物，易潮解,將它放置于干燥空氣中會風化而失去結晶水。為單斜晶體，有咸味和一定的腐蝕性。天然的氯化鎂存在于海水和鹽鹵中。工業級的氯化鎂主要用作電解生產金屬鎂的原料，也用于制造氯氧水泥、制冷鹽水、絮凝劑、有機反應的催化劑，食品級的氯化鎂可被允許限量用于豆制品。

1.2 課題背景

乙基麥芽酚是國內外公認具有水果味香氣的食品藥品添加劑[1-2]。據資料報導，國際上合成方法主要有半合成發酵法和全合成法[3]。

其中全合成法以糠醛為原料，先與格氏試劑反應制淂乙基糠醇，乙基糠醇再經過一系列氧化重排，合成得到乙基麥芽酚。

1.3 項目研究的主要內容和目標

表1 乙基麥芽酚廢渣主要成分

乙基麥芽酚鎂漿回收工藝的研究：鎂漿的回收對于乙基麥芽酚綠色循環工藝的建立同樣非常重要。如上文所述， 將鎂漿回收成不同的鎂產品對應著不同的生產工藝。經過分析和討論，本次實驗決定將鎂漿回收成氯化鎂。

合成氯化鎂的具體操作和工藝流程在乙基麥芽酚的鎂渣里，利用新型分離裝置提取氯化鎂乙基麥芽酚綠色循環工藝的物料衡算和評價。在探索后的綠色循環工藝條件下，回收鎂渣。根據生產工藝每天排出廢酸和鎂漿量，以及實驗研究條件下物料的利用率，進行綠色循環工藝的物料衡算。然后根據物料衡算來改進和優化工藝。要求設計的綠色循環工藝基本可以滿足自身循環物料衡算要求。另外，還要求循環工藝盡可能保障所有的物質和能量安全并可再生地輸入和輸出，減少廢棄物的產生，同時做到綠色生產，保護環境。

2 實驗部分

2.1 鎂漿回收的工藝原理

鎂漿溶液先與上述回收鹽酸反應得到氯化鎂，反應原理為：

Mg(OH)Cl+HCl=2H2O+MgCl2

該操作簡單易上手，與其他方法東西相比引入其它金屬雜質較少，在某種程度上降低了生產成本。

2.2 漿循環工藝設計

根據乙基麥芽酚產生廢渣的特點，我們知道廢渣里所含有的氯化鎂可以循環利用，這次工藝流程中我們使用了新型分離裝置，為了讓乙基麥芽酚生產過程中產生的固體廢棄物與噴霧狀態下的鹽酸充分反應，解決了產物中固體泡沫物的凝聚，促進其與主體溶液的分離。進而實現了鎂資源的循環利用，降低了企業的廢棄物處理成本并提高資源的利用率。

2.2.1 常壓蒸餾

首先我們需要對固體廢棄物進行常壓蒸餾，因為廢渣中所含的溶劑主要含有四氫呋喃，其沸點為80℃和65.4℃。所以，在終止沸點為105℃時以最少的能量消耗及最少的蒸餾時間達到最大的蒸出率。

2.2.2 廢渣的酸溶工段

在這個體系中需加入一定量的鹽酸，控制pH值在4～6之間，升溫至60～80℃，在此條件下鎂及其堿式氯化鎂則會完全轉化為氯化鎂，在此同時鎂屑也能被轉化為氯化鎂，進入到溶液中。在實驗中，最初是按照化學反應計量比確定鹽酸加入量，加入后檢測溶液pH值降到1～2，呈強酸性。在后工序發現氯離子洗滌比較困難，我們根據這一現象，分析這是因為水解完成后，系統中主要成分為氯化鎂，不應該呈強酸性，pH值偏低說明鹽酸加入量過多，既浪費了原料，還容易造成產品中氯離子含量超標，給產品的后處理工序帶來困難。因此，我們決定改為控制溶液在弱酸性條件下進行。因此選定通過控制pH值(4～6)值來控制鹽酸的加入量。

2.2.3 水解反應

其中，水解溫度也是水解反應的主要影響因素，見表2，通過對比分析，需要找出最優的操作參數。

表2 溫度對水解的影響

低于65℃以下條件水解時，鎂的回收率低，說明水解反應還不是非常充分，鎂離子未能完全轉入溶液中。而在65～75℃范圍內，鎂回收率相差不大。因此，選擇65℃為水解反應的溫度。

2.2.4 萃取操作工段

在化學萃取過程中，萃取工藝的關鍵除了萃取劑的選擇外，還有其他許多參數影響萃取效果。為了充分除掉氯化鎂溶液中的有機雜質，同時為了較少萃取劑的用量，故希望找到復合的萃取劑，使得萃取后的回收率提高。由表3得：復合萃取劑苯和糠醛的回收率到90.5%。

表3 萃取劑對回收率的影響

2.2.5 氣提操作工段

汽提法處理含萃取劑的溶液，溶液中萃取劑易揮發，并具有較強的刺激性以及對環境產生污染。因此，本實驗針對這一特點，提出采用氣提工藝處理萃取后的溶液，氣提出的萃取劑經分離器分離回用；設計了一種氣提脫有機溶劑的新思路。

2.3 實驗結果與討論

通過一系列的實際操作，我們可以得出以下結論。在常壓蒸餾過程中，在105℃時能達到最大蒸出率；鹽酸HCl最好控制在4～6范圍內；水解溫度最適宜為65℃，最后，復合萃取劑苯+糠醛的回收率高達90.5%。

3 結論與展望

(1)根據原來的生產工藝每天排出廢酸和鎂漿量，以及實驗研究條件下物料的利用率，進行綠色循環工藝的物料衡算。設計的綠色循環工藝基本可以在滿足物料衡算要求。

(2)鎂漿的成功回收為綠色循環工藝設計奠定了基礎。鎂漿回收工藝使得回收鹽酸得到充分利用，同時產生了大量的氯化鈉，這些氯化鈉經提純后可以去氯堿工藝電解。電解制取氫氧化鈉同時又作為原料返回到鎂漿回收工藝。