绿色化学与乙基麦芽酚生产废物循环利用研究

逄江华，薛守庆，2*，魏 彤，李 雪，李 悦，王浩然

(1.菏泽学院 化学化工学院，山东 菏泽 274015；2.菏泽学院化学化工学院 精细化学品研究所，山东 菏泽 274015)

1 项目介绍

1.1 氯化镁的简介

氯化镁是一种由74.54%的氯和25.48%的镁组成的氯化物，易潮解,将它放置于干燥空气中会风化而失去结晶水。为单斜晶体，有咸味和一定的腐蚀性。天然的氯化镁存在于海水和盐卤中。工业级的氯化镁主要用作电解生产金属镁的原料，也用于制造氯氧水泥、制冷盐水、絮凝剂、有机反应的催化剂，食品级的氯化镁可被允许限量用于豆制品。

1.2 课题背景

乙基麦芽酚是国内外公认具有水果味香气的食品药品添加剂[1-2]。据资料报导，国际上合成方法主要有半合成发酵法和全合成法[3]。

其中全合成法以糠醛为原料，先与格氏试剂反应制淂乙基糠醇，乙基糠醇再经过一系列氧化重排，合成得到乙基麦芽酚。

1.3 项目研究的主要内容和目标

表1 乙基麦芽酚废渣主要成分

乙基麦芽酚镁浆回收工艺的研究：镁浆的回收对于乙基麦芽酚绿色循环工艺的建立同样非常重要。如上文所述， 将镁浆回收成不同的镁产品对应着不同的生产工艺。经过分析和讨论，本次实验决定将镁浆回收成氯化镁。

合成氯化镁的具体操作和工艺流程在乙基麦芽酚的镁渣里，利用新型分离装置提取氯化镁乙基麦芽酚绿色循环工艺的物料衡算和评价。在探索后的绿色循环工艺条件下，回收镁渣。根据生产工艺每天排出废酸和镁浆量，以及实验研究条件下物料的利用率，进行绿色循环工艺的物料衡算。然后根据物料衡算来改进和优化工艺。要求设计的绿色循环工艺基本可以满足自身循环物料衡算要求。另外，还要求循环工艺尽可能保障所有的物质和能量安全并可再生地输入和输出，减少废弃物的产生，同时做到绿色生产，保护环境。

2 实验部分

2.1 镁浆回收的工艺原理

镁浆溶液先与上述回收盐酸反应得到氯化镁，反应原理为：

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

该操作简单易上手，与其他方法东西相比引入其它金属杂质较少，在某种程度上降低了生产成本。

2.2 浆循环工艺设计

根据乙基麦芽酚产生废渣的特点，我们知道废渣里所含有的氯化镁可以循环利用，这次工艺流程中我们使用了新型分离装置，为了让乙基麦芽酚生产过程中产生的固体废弃物与喷雾状态下的盐酸充分反应，解决了产物中固体泡沫物的凝聚，促进其与主体溶液的分离。进而实现了镁资源的循环利用，降低了企业的废弃物处理成本并提高资源的利用率。

2.2.1 常压蒸馏

首先我们需要对固体废弃物进行常压蒸馏，因为废渣中所含的溶剂主要含有四氢呋喃，其沸点为80℃和65.4℃。所以，在终止沸点为105℃时以最少的能量消耗及最少的蒸馏时间达到最大的蒸出率。

2.2.2 废渣的酸溶工段

在这个体系中需加入一定量的盐酸，控制pH值在4～6之间，升温至60～80℃，在此条件下镁及其碱式氯化镁则会完全转化为氯化镁，在此同时镁屑也能被转化为氯化镁，进入到溶液中。在实验中，最初是按照化学反应计量比确定盐酸加入量，加入后检测溶液pH值降到1～2，呈强酸性。在后工序发现氯离子洗涤比较困难，我们根据这一现象，分析这是因为水解完成后，系统中主要成分为氯化镁，不应该呈强酸性，pH值偏低说明盐酸加入量过多，既浪费了原料，还容易造成产品中氯离子含量超标，给产品的后处理工序带来困难。因此，我们决定改为控制溶液在弱酸性条件下进行。因此选定通过控制pH值(4～6)值来控制盐酸的加入量。

2.2.3 水解反应

其中，水解温度也是水解反应的主要影响因素，见表2，通过对比分析，需要找出最优的操作参数。

表2 温度对水解的影响

低于65℃以下条件水解时，镁的回收率低，说明水解反应还不是非常充分，镁离子未能完全转入溶液中。而在65～75℃范围内，镁回收率相差不大。因此，选择65℃为水解反应的温度。

2.2.4 萃取操作工段

在化学萃取过程中，萃取工艺的关键除了萃取剂的选择外，还有其他许多参数影响萃取效果。为了充分除掉氯化镁溶液中的有机杂质，同时为了较少萃取剂的用量，故希望找到复合的萃取剂，使得萃取后的回收率提高。由表3得：复合萃取剂苯和糠醛的回收率到90.5%。

表3 萃取剂对回收率的影响

2.2.5 气提操作工段

汽提法处理含萃取剂的溶液，溶液中萃取剂易挥发，并具有较强的刺激性以及对环境产生污染。因此，本实验针对这一特点，提出采用气提工艺处理萃取后的溶液，气提出的萃取剂经分离器分离回用；设计了一种气提脱有机溶剂的新思路。

2.3 实验结果与讨论

通过一系列的实际操作，我们可以得出以下结论。在常压蒸馏过程中，在105℃时能达到最大蒸出率；盐酸HCl最好控制在4～6范围内；水解温度最适宜为65℃，最后，复合萃取剂苯+糠醛的回收率高达90.5%。

3 结论与展望

(1)根据原来的生产工艺每天排出废酸和镁浆量，以及实验研究条件下物料的利用率，进行绿色循环工艺的物料衡算。设计的绿色循环工艺基本可以在满足物料衡算要求。

(2)镁浆的成功回收为绿色循环工艺设计奠定了基础。镁浆回收工艺使得回收盐酸得到充分利用，同时产生了大量的氯化钠，这些氯化钠经提纯后可以去氯碱工艺电解。电解制取氢氧化钠同时又作为原料返回到镁浆回收工艺。