乙酸酐的制做方法和注意事項
乙酸酐生產(chǎn)可以通過人工合成和細菌發(fā)酵兩種方法。生物合成法,即利用細菌發(fā)酵,僅占整個世界產(chǎn)量的10%,但是仍然是生產(chǎn)乙酸酐,尤其是醋酸的最重要的方法,因為很多國家的食品安全法規(guī)規(guī)定食物中的醋必須是通過生物法制備,而發(fā)酵法又分為有氧發(fā)酵法和無氧發(fā)酵法。
1、有氧發(fā)酵法
在氧氣充足的情況下,醋桿菌屬細菌能夠從含有酒精的食物中生產(chǎn)出乙酸酐。通常使用的是蘋果酒或葡萄酒混合谷物、麥芽、米或馬鈴薯搗碎后發(fā)酵。具體做法是將醋菌屬的細菌接種于稀釋后的酒精溶液并保持溫度,放置于一個通風的位置,在幾個月內(nèi)就能夠經(jīng)過發(fā)酵,最 后生成醋酸酐產(chǎn)品。工業(yè)生產(chǎn)醋的方法通過提供充足的氧氣使得反應(yīng)過程加快,此方法已經(jīng)被商業(yè)化生產(chǎn)采用,也被稱為“快速方法”或“德國方法”,因為首 次在德國1823年應(yīng)用成功而因此得名。此方法中,發(fā)酵是在一個塞滿了木屑或木炭的塔中進行。含有酒精的原料從塔的上方滴入,新鮮空氣從下方自然進入或強制對流。強化的空氣量使得此過程能夠在幾個星期內(nèi)完成,大大縮短了制醋的時間。
2、無氧發(fā)酵法
部分厭氧細菌,包括梭菌屬的部分成員,能夠?qū)⑻穷愔苯愚D(zhuǎn)化為乙酸而不需要乙醇作為中間體。梭菌屬因為有能夠反應(yīng)糖類的能力,減少了成本,這意味著這些細菌有比醋菌屬細菌的乙醇氧化法生產(chǎn)乙酸更有效率的潛力。然而,梭菌屬細菌的耐酸性不及醋菌屬細菌。耐酸性較大的梭菌屬細菌也只能生產(chǎn)不到10%的乙酸,而有的醋酸酐菌能夠生產(chǎn)20%的乙酸。使用醋酸屬細菌制醋仍然比使用梭菌屬細菌制備后濃縮更經(jīng)濟。所以,盡管梭菌屬的細菌早在1940年就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),但它的工業(yè)應(yīng)用范圍較窄。
3、乙醛氧化法
在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前,大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。盡管不能與甲基羰基化相比,此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。乙醛可以通過氧化丁烷或輕石腦油制得,也可以通過乙烯水合后生成。
4、低碳烷烴液相氧化法
采用正丁烷為原料,以乙酸酐為溶劑,在170℃-180℃,5.5兆帕和乙酸鈷催化劑存在下,用空氣為氧化劑進行氧化。同時此方法也可采用液化石油氣或輕質(zhì)油為原料。此方法原料成本低,但工藝流程較長,腐蝕嚴重,乙酸酐收率不高,僅限于廉價異丁烷或液化石油氣原料來源易得的地區(qū)采用。此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最 高溫度和壓力下進行,副產(chǎn)物包括丁酮,乙酸乙酯,甲酸和丙酸。因為部分副產(chǎn)物也有經(jīng)濟價值,所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成,不過分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應(yīng)的成本增加。在類似條件下,使用上述催化劑,乙酸酐能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸。使用新式催化劑,此反應(yīng)能獲得95%以上的乙酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為乙酸乙酯,甲酸和甲醛。因為副產(chǎn)物的沸點都比乙酸低,所以很容易通過蒸餾除去。
5、乙烯氧化法
由乙烯在催化劑存在的條件下,與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成。此反應(yīng)可以看作先將乙烯氧化成乙醛,再通過乙醛氧化法制得。
6、托普索法
托普索法以單一天然氣或煤為原料。第一步:合成氣在催化劑下生成甲醇和二甲醚;第二部:甲醇和二甲醚(兩者不需提純)和CO羰基化生成醋酸,此方法也叫做兩步法。