实验四-催化加氢反应：丁二酸的制备

顺酐加氢制备丁二酸酐项目一、引言顺酐加氢制备丁二酸酐是一种重要的有机化工项目，广泛应用于合成高分子材料、药物和染料等领域。

本文将介绍丁二酸酐的制备方法、反应机理以及工业应用等方面的内容。

二、丁二酸酐的制备方法丁二酸酐的制备方法有多种，其中顺酐加氢是一种常用的方法。

顺酐（maleic anhydride）是一种无色固体，具有较高的熔点和热稳定性。

顺酐加氢反应是将顺酐与氢气在催化剂的存在下进行反应，生成丁二酸酐。

在工业生产中，顺酐加氢反应通常在高温高压条件下进行。

反应温度一般在150-200摄氏度之间，压力在3-5兆帕之间。

常用的催化剂有铜、铁、钴等金属催化剂。

三、反应机理顺酐加氢反应的主要反应机理可以分为以下几个步骤：1. 氢气吸附：氢气首先被催化剂吸附到表面上，形成氢原子。

2. 氢原子迁移：氢原子在催化剂表面上迁移，与顺酐分子中的双键发生加成反应，生成部分醇类产物。

3. 醇类产物脱氢：醇类产物在催化剂表面上发生脱氢反应，生成醛类中间体。

4. 醛类中间体加成：醛类中间体与氢气继续反应，生成丁二酸酐。

四、工业应用丁二酸酐作为一种重要的有机化工中间体，在工业上有广泛的应用。

主要应用领域包括高分子材料、药物和染料等。

在高分子材料领域，丁二酸酐可以作为合成聚酯树脂的原料，用于制备塑料、纤维和涂料等。

聚酯树脂具有优良的物理性能和化学稳定性，广泛应用于汽车、航空航天等领域。

在药物领域，丁二酸酐可以用作药物合成的重要中间体。

例如，丁二酸酐可以与氨基酸反应，合成多肽类药物。

多肽类药物在生物医药领域有广泛的应用，可用于治疗癌症、糖尿病等疾病。

在染料领域，丁二酸酐可用于合成有机染料。

有机染料具有丰富的颜色和良好的耐光性，被广泛应用于纺织、印刷和染色等行业。

五、总结顺酐加氢制备丁二酸酐是一种重要的有机化工项目。

通过顺酐加氢反应，可以高效地合成丁二酸酐。

丁二酸酐具有广泛的应用领域，包括高分子材料、药物和染料等。

随着化学工业的发展，丁二酸酐的生产技术和应用将会不断完善和拓展，为社会经济的发展做出更多贡献。

丁二酸的用途及生产工艺丁二酸，又名琥珀酸，英文名称succinic acid，CAS：110-15-6，分子式C4H6O4，分子量118.09。

理化特性：外观无色或白色、无嗅具有酸味的固体，熔点185℃，沸点：235℃，相对密度(水=1)1.57(15℃)，溶于水、微溶于乙醇、乙醚、丙酮。

建规火险分级：丙一、用途在食品加工中，丁二酸是一种理想的酸味剂，丁二酸的钠盐可改善酱油、豆酱、液体调味及炼制品的质量，用于咸菜、火腿、香肠、鱼加工产品、肉罐头等的风味改良剂，还用于奶粉、奶片、饼干的强化剂，促进生长发育。

在医药卫生中，丁二酸钠具有医治昏迷的疗效，丁二酸的铵盐可做镇静剂，丁二酸及其酸酐用于制造磺胺药、维生素A、B6、止血药和可的松衍生物，丁二酸对巴比妥酸盐中毒具有解毒作用，丁二酸乙酯红霉素又名利菌沙，是人们常用的口服抗菌药。

在农业方面，丁二酸是一种植物生长激素，它能控制植物生长、调节养分、增加抗旱、抗病、抗冻能力，施用于农作物一般能增产10%-20%，还用来处理大麦黑穗病，用作除草剂的添加剂。

丁二酸也是合成照相化学品的中间体。

丁二酸酯与2,6-二氨基吡啶缩合的产物广泛用于照相底片中的固酸颜料，明胶与丁二酸反应得改进卤化银照相乳液性能的载色剂。

丁二酸衍生物是一种良好的表面活性剂，是去垢剂、肥皂和破乳剂的组分；丁二酸可生产脱毛剂、牙膏、清洗剂、高效去皱美容酯。

丁二酸还用于燃料、润滑剂、添加剂、弹性体中。

丁二酸对化学镀镍有加速和稳定作用。

丁二酸还是合成可降解聚酯PBS的重要原料，每吨PBS消耗原料丁二酸0.62吨。

预计未来我国对PBS的需求为300万吨/年，丁二酸市场需求204万吨/年，目前国内丁二酸的产能不足5万吨，满足不了市场需求，每年都需要进口丁二酸；有限的丁二酸产能成为PBS产业发展的瓶颈。

二、制法丁二酸的生产方法有化学合成法、生物法（生物转化法和发酵法）、电解法。

目前国内生产该产品的厂家有：江苏省丹阳市仙桥涂料有限公司、安庆和兴化工有限责任公司、陕西宝鸡宝玉化工有限公司、陕西渭南惠丰化工有限公司、安徽三信化工有限公司、安庆和兴化工有限责任公司、常州曙光化工厂等，除了陕西宝鸡宝玉化工有限公司和陕西渭南惠丰化工有限公司使用顺酐加氢法外，其他厂家几乎都使用电解法。

生物质发酵生产丁二酸项目调研一、项目可行性报告（一）立项的背景和意义丁二酸（Succinic Acid）又称琥珀酸，是一种重要的“C4平台化合物”，广泛存在于动植物和微生物体内，是TCA循环的中间产物之一，它作为有机合成原材料、中间产物或专用化学品可应用于食品、医药、农药、染料、香料、油漆、塑料和材料工业等众多领域。

其中医药领域，主要用于生产琥乙红霉素等药品；农业领域，主要用于生产植物生长调节剂、杀菌剂等；食品领域，主要用于液体调味品及炼制品的风味改良剂等；染料领域，主要用于生产高级有机颜料酞菁红等，2010年丁二酸在这四个领域总价值超过24亿美元。

除此之外，丁二酸的主要潜在应用领域是基础化工原料，它可以作为许多重要的中间产物和专业化学制品，还可以取代很多基于苯和石化中间产物的化学品，这可减少在超过300种苯基化学制品的生产和消费过程中所产生的污染，丁二酸的结构是饱和的二羧酸，可以转化为包括l,4-丁二醇(BDO)、四氢呋喃(THF)、γ-丁内酯(GBL)、己二酸和N-甲基吡咯烷酮等一系列重要的工业化学品。

据统计丁二酸全世界市场需求量可高达2700万t/a，美国能源部发布的报告中将丁二酸列为12 种最有潜力的大宗生物基化学品的第一位。

图1.1是以丁二酸及其衍生物为原料的化学制品路线图。

图 1.1 丁二酸及其衍生物路线简图采用生物法制备丁二酸的技术将填补了国内生物法路线生产丁二酸的空缺。

丁二酸通过加氢还原反应可以制取1,4丁二醇，丁二酸分别与1,4-丁二醇和己二醇进行聚合即可得到生物可降解塑料PBS （聚丁二酸丁二醇酯）和PHS（聚丁二酸己二醇酯）。

假如过程中使用的氢气和热量也是使用生物质分解和发酵产生的话，那整个聚酯多元醇领域的原料和能量就应该可以算是与传统能源完全分离了，该项目将成为生物质循环利用的示范性工程。

另外，由于石油危机及环境污染的双重压力，生物质发酵法生产丁二酸以其具有节约大量的石油资源并且可以降低由石化方法产生的污染等优点而备受国内外专家学者的重点关注。

丁二酸生产技术新进展周冬京易娇曾文广李庆华（湖南长岭石化科技开发有限公司，湖南岳阳 414012）摘要对丁二酸现有生产技术——发酵法、电解法、间歇催化加氢法及湖南长岭石化科技开发有限公司的新技术——连续催化加氢法进行了介绍，并将连续催化加氢法与目前国内主要生产方法——电解法进行对比。

结果表明：连续催化加氢法具有非常明显的优势，其生产成本低，可大规模化生产，是一种低耗能绿色环保工艺。

关键词丁二酸连续催化加氢法电解法发酵法丁二酸（succinic acid，简称SA）俗名琥珀酸，是一种重要的精细化工产品和有机合成中间体，广泛应用于塑料、橡胶、医药、食品等领域中。

其中最具有发展前景的领域为合成塑料，它是生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的主要原料。

目前以丁二酸为原料合成PBS 生物可降解塑料的技术在德国巴斯夫公司、日本三菱公司、中国清华大学、中科院理化研究所都已开发成功并投入批量生产。

PBS 与其他生物可降解塑料相比，不仅力学性能十分优异，而且价格合理，市场需求量大。

目前国内已有多家企业正在积极筹备上马PBS项目。

而安庆和兴公司则领先一步，率先与清华大学达成合作意向，已实现3000吨/年PBS的生产规模；随着生PBS制造厂不断建成，丁二酸的年需求量会翻番的大增，据估计，在未来几年内，丁二酸的年需求将达到100万吨以上。

因此，研究和开发丁二酸的新工艺具有重要的现实意义，并将极大的推动丁二酸生产技术的发展。

1 生产技术丁二酸的生产方法很多，但在工业上应用的方法只有发酵法、电解法及催化加氢法。

1.1 发酵法发酵法是以玉米、秸秆[1~3]、木材[4]等为基本原料，利用细菌或微生物发酵制备丁二酸。

由于发酵法生产丁二酸是利用可再生糖源和二氧化碳作为主要原料，它开辟了温室气体二氧化碳利用的新途径，且环境友好[5]，成为国内外研究的热点。

发酵法制备丁二酸的一个关键步骤是优良菌种的选择，它将会直接影响到产品的收率以及分离纯化的过程。

实验四催化加氢反应：丁二酸的制备一、 实验目的1、 掌握催化加氢的经典制备方法；2、 掌握Raney Ni 的制备方法；3、 熟悉低压氢化装置的使用。

二、 实验原理不饱和的碳碳键催化条件下与氢还原加成变成饱和的碳，反应式如下：OH OH O H /Raney Ni OH OHO三、 仪器及化学品仪器：烧杯（50ml ）、水浴锅、玻璃棒和低压氢化装置化学品：NaOH 溶液、Ni/Al 合金、蒸馏水、95%乙醇和无水乙醇四、 操作步骤1、Raney Ni 的制备a 、 将10ml35%NaOH 溶液加到50ml 烧杯中，冷却至10℃左右。

将1g Ni/Al 合金于30min 内分批加到碱液中，不断搅拌20min ，在沸水浴中加热到不再有气泡发生为止。

滗出碱液，加10ml10%NaOH 溶液在沸水浴中继续搅拌30min ，然后滗出碱液。

b 、 用蒸馏水洗至中性，滗出蒸馏水，用20ml95%乙醇洗涤该催化剂两次，再用10ml 无水乙醇洗涤两次。

c 、 检验活性：用玻璃棒挑起一点催化剂在干燥的滤纸上，待乙醇蒸发，会有火花现象。

d 、 保存在无水乙醇中待用。

2、催化加氢反应低压氢化装置催化剂与无水乙醇一同转入氢化瓶，加溶有0.5g的15ml无水乙醇溶液，安装好反应装置，检查气密性。

在进行反应前，用水泵与氢化瓶相连，抽掉体系内的空气，通氢气，关闭通气阀，再打开与水泵相连的连接阀抽气，如此重复5次，即将体系内的空气完全置换为氢气。

使罐压强为3-3.5大气压。

将体系封闭，通入氢气，开动电机摇摆，氢化反应开始进行，直到气压保持不变即表示反应完成，记录气压变化，并与反应瓶中溶液外体积估量氢气消耗量。

反应完成后，先将体系内多余的氢气放出，拆下氢化瓶，滤除催化剂，固体用20ml乙醇洗涤两次。

所得溶液加盐酸溶解掉。

五、 实验结果气压变化值：△p = 0.9MPa根据克拉伯龙方程pV=nRT，R=8.3J/(mol·K)，T=290K，n=4g/M=0.034mol。

(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.02.12C N 103570650A (21)申请号 201310562849.3(22)申请日 2013.11.13C07D 307/60(2006.01)C07C 55/10(2006.01)C07C 51/087(2006.01)(71)申请人山西大学地址030006 山西省太原市小店区坞城路92号(72)发明人赵永祥 张因 孙自瑾 骆彩萍张鸿喜 刘海龙 赵丽丽 李海涛(74)专利代理机构山西五维专利事务所(有限公司) 14105代理人张福增(54)发明名称顺酐加氢连续生产丁二酸酐联产丁二酸的工艺流程(57)摘要本发明公开了一种顺酐催化加氢连续生产丁二酸酐联产丁二酸的工艺流程。

全流程分为三个工序，包括反应、精馏和水解工序。

采用两级加氢反应器进行反应，一级加氢反应器为氢气和反应液下进上出的固定床反应器，二级加氢反应器是氢气和反应液均上进下出的滴流床反应器。

本发明采用外循环撤热方式，将反应热均匀移出，有效控制了整个反应器的平均操作温度，使整个主反应器内反应温度均衡。

同时，一级加氢反应器采用顺酐溶液与氢气并流向上流动方式，实现了整个反应器反应温度均衡控制的同时，有效控制并降低局部热点温度，有效避免反应物聚合积碳或结焦的发生。

(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图1页(10)申请公布号CN 103570650 A1/1页1.一种顺酐加氢连续生产丁二酸酐联产丁二酸的工艺流程，其特征在于，包括如下步骤：1）、顺酐溶液与氢气并流从一级加氢反应器(1)底部进入催化剂床层，与氢气反应后溢流至第一气液分离装置(2)；第一气液分离装置(2)分离出的一部分氢气与新鲜氢气混合重新进入一级加氢反应器(1)进行循环利用，第一气液分离装置(2)分离出的反应液经第一换热装置(3)撤热后分流；其中，1/6～1/3的反应液经第二换热装置(4)后与第一气液分离装置(2)分离出的另一部分氢气并流从二级加氢反应器(5)顶部进入催化剂床层，其余反应液与原料顺酐溶液混合后重新进入一级加氢反应装置(1)；2）、二级加氢反应器(5)流出的反应液经第二气液分离装置(6)后进入精馏装置(7)，分离得到轻组分、反应溶剂和丁二酸酐；收集轻组分，反应溶剂可重新用于顺酐溶液的配置，循环使用；3）、精馏分离得到的丁二酸酐进入水解反应装置(8)与水反应得到产物丁二酸。

丁二酸的加氢反应及催化机理丁二酸是一种有机物，分子式为C4H6O4，是一种无色结晶，可用于制造树脂或涂料。

丁二酸的加氢反应是一种重要的有机化学反应，可以将其转化为丁醇。

本文将探讨丁二酸加氢反应及其催化机理。

一、丁二酸加氢反应的原理丁二酸加氢反应是将丁二酸的双羧基还原成羟基，生成丁醇。

其反应方程式为：C4H6O4 + H2 -> C4H10O2该反应属于催化剂催化反应，需要一定条件下的催化剂存在方可进行。

一般来说，选择合适的催化剂可以增加反应速率，改变化学反应路线，提高反应效率甚至降低反应温度。

因此，选择一种合适的催化剂可以起到事半功倍的效果。

二、丁二酸加氢反应的催化剂丁二酸加氢反应需要的催化剂主要是负载型催化剂。

这种催化剂包括贵金属纳米粒子、Ni-Mo/Al2O3 、Ni-Re/Al2O3 等。

其中，Ni-Mo/Al2O3 催化剂具有良好的稳定性、催化活性和抵抗硫中毒的能力，因此被广泛应用于丁二酸加氢反应中。

三、丁二酸加氢反应的催化机理丁二酸加氢反应的催化机理是通过催化剂促进该反应的进行。

通常情况下，根据Ni-Mo/Al2O3 催化剂的反应机理分析，可以将丁二酸加氢反应的催化机理分为以下几个步骤：1. 将氢气分子吸附在Ni-Mo/Al2O3 催化剂表面上；2. 加氢物质（如丁二酸）吸附在催化剂表面上，并与已经吸附的氢气分子相互作用；3. 加氢物质的双羧基上的氧原子被氢离子还原，生成羟基；4. 丁醇分子解离，释放出新的氢气分子。

在加氢反应中，催化剂的加入不仅可以增加催化效率，而且可以提供新的反应路径。

因此，在选择催化剂时，还需要考虑催化剂的选择和其所承担的功效。

总之，丁二酸加氢反应是一种有机化学反应，可以将丁二酸转化为丁醇。

该反应需要负载型催化剂的参与，常采用Ni-Mo/Al2O3 催化剂。

通过合适的催化剂选择和反应机理分析，可以更好地理解丁二酸加氢反应的机理，并进一步优化其反应条件和催化剂性能，提高反应效率和产物质量。