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乙二胺四乙酸(EDTA)含4個(gè)羧基,一般可形成二鹽、三鹽和四鹽。常見的 EDTA 鹽有乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)、乙二胺四乙酸四鈉(EDTA-4Na)、乙二胺四乙酸二鉀(EDTA-2K)和乙二胺四乙酸三鉀(EDTA-3K)。乙二胺四乙酸四鈉(EDTA-4Na)是含氨基和羧基的多官能團(tuán)有機(jī)小分子，作為絡(luò)合劑廣泛用于分析化學(xué)中。它來源廣泛、價(jià)格低廉。乙二胺四乙酸四鈉性質(zhì)穩(wěn)定、易溶于水，主要用作化妝品的穩(wěn)定劑、藥品的螯合劑、軟水劑、合成橡膠催化劑、腈綸聚合終止劑、印染助劑以及洗滌助劑等。此外EDTA-4Na能有效催化一系列的芳香醛、丙二腈和萘酚發(fā)生三組分一鍋法反應(yīng)生成相應(yīng)的色烯衍生物。其衍生物具有抗病毒、抗腫瘤等生物活性和藥理活性。在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用日益廣泛。EDTA－4Na在日化、電鍍、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)其品質(zhì)有更高的要求。
目前高品質(zhì)EDTA－4Na的生產(chǎn)，基本都采用反應(yīng)液酸化得到乙二胺四乙酸 （EDTA），EDTA再同液堿反應(yīng)得到EDTA－4Na，這種工藝需要消耗大量的酸堿，同時(shí)產(chǎn)生大量的高鹽廢水，能源消耗大，且對(duì)環(huán)境有影響。為此，研究了一種低物耗和低能耗的高品質(zhì)EDTA－4Na生產(chǎn)工藝。
目前，EDTA系列產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝主要有氯乙酸法、氰化鈉法和氫氰酸法等，這幾種方法都無法直接達(dá)到EDTA-4Ｎａ高品質(zhì)的要求，都需進(jìn)一步處理。如果把反應(yīng)液的EDTA－4Na直接獲得高品質(zhì)的EDTA－4Na，從資源和能源利用上都具有重要的意義。經(jīng)過分析認(rèn)為，EDTA-4Ｎａ的溶解度較大可經(jīng)過兩次結(jié)晶的方式，從反應(yīng)液中直接獲得高品質(zhì)的EDTA－4Na，而兩次結(jié)晶過程中需要濃縮的水，同經(jīng)EDTA進(jìn)行純化后需要對(duì)母液進(jìn)行處理的水量相比，基本相同。
圖1 EDTA－4Na四水合物的溶解度
兩次結(jié)晶純化工藝，每ｔ產(chǎn)品需濃縮2800kg的水，濃縮水量較大，需用高效節(jié)能的脫水方式。ＭＶＲ是機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)（mechanical vapor recompression）的簡(jiǎn)稱，是利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，將低品位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)的機(jī)械做功提升為高品位的蒸汽熱源，大大減少濃縮過程中蒸汽和冷卻水的用量，具有高效、節(jié)能、低消耗的特點(diǎn)，濃縮成本僅是傳統(tǒng)三效聯(lián)蒸的２０％ ，所以生產(chǎn)過程選擇 ＭＶＲ技術(shù)作為反應(yīng)液兩次濃縮結(jié)晶的設(shè)備。
對(duì)高品質(zhì)EDTA－4Na的影響主要表現(xiàn)在雜質(zhì)上。影響雜質(zhì)析出的主要因素是濃縮結(jié)晶的固液比及濃縮后母液的外撤量，所以就一次及二次濃縮結(jié)晶的EDTA－4Na的固液比和EDTA－4Na母液的外撤進(jìn)行研究。
反應(yīng)液中除了EDTA－4Na外，還有氨基三乙酸、甲酸鈉、羥基乙酸鈉等其它雜質(zhì)。這些雜質(zhì)對(duì)EDTA－4Na的結(jié)晶和品質(zhì)都有不利影響，所以需要控制一次結(jié)晶的晶型和品質(zhì)。以結(jié)晶中氨基三乙酸含量代表EDTA－4Na的雜質(zhì)含量。可知，當(dāng)一次結(jié)晶濃縮的固液比為５０％時(shí)，結(jié)晶體系形態(tài)較合適也易離心，所以確定一次結(jié)晶的固液比為５０％ 。
一次結(jié)晶的母液外撤量直接影響一次結(jié)晶的品質(zhì)。一次結(jié)晶品質(zhì)越低，對(duì)二次結(jié)晶的影響越不利，若一次結(jié)晶的母液撤出量過大，則一次結(jié)晶的收率過低，同樣對(duì)整個(gè)工藝的價(jià)值影響很大。在固液比為５０％的濃縮條件下，對(duì)比了一次結(jié)晶中主要雜質(zhì)氨基三乙酸的含量隨母液撤出量變化，結(jié)果表明，當(dāng)撤出量為總量的３０％ 時(shí)，結(jié)晶中氨基三乙酸的含量為0.2％～0.3％，再提高母液的撤出量，結(jié)晶中的氨基三乙酸含量變化不大，所以確定一次結(jié)晶的母液外撤量為３０％ 。
二次濃縮結(jié)晶中，結(jié)晶體系的雜質(zhì)含量大大減少，但若要得到合格的產(chǎn)品和符合要求的晶型，需控制濃縮結(jié)晶的固液比。表 ５ 為針對(duì)二次濃縮過程中，結(jié)晶的固液比對(duì)結(jié)晶狀態(tài)的影響。當(dāng)濃縮的固液比為７０％時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量合格，操作簡(jiǎn)單，并且母液循環(huán)量比６０％少，單次結(jié)晶產(chǎn)率高，所以選擇二次結(jié)晶的固液比為７０％ 。
二次結(jié)晶體系的雜質(zhì)含量和母液的外撤量，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率，所以二次母液的外撤量也是重要因素。在濃縮固液比為７０％的條件下，研究了二次母液外撤量同產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系，當(dāng)母液的外撤量占二次結(jié)晶體系的２０％時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定合格；當(dāng)外撤母液為１５％時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。所以確定二次母液的外撤量為２０％ 。
確定了EDTA-4Ｎａ反應(yīng)液經(jīng)過兩次結(jié)晶法得到高品質(zhì)EDTA-4Ｎａ的工藝參數(shù)，并且在實(shí)際生產(chǎn)上進(jìn)行了驗(yàn)證。用 ＭＶＲ技術(shù)濃縮結(jié)晶，一次結(jié)晶的固液比控制在５０％ ，一次母液外撤量為３０％ ；二次結(jié)晶的固液比控制在７０％ ，二次母液外撤量為 ２０％ ，二次母液進(jìn)入一次結(jié)晶體系，在此生產(chǎn)條件下，可得到符合要求的高品質(zhì)EDTA－4Na。該方法不僅避免了生產(chǎn)過程中酸、堿的消耗，并且采用 ＭＶＲ技術(shù)，能源的消耗量降為原來的 ２０％ ，實(shí)現(xiàn)了資源和能源的綜合利用，同時(shí)避免了EDTA法生成EDTA-4Ｎａ時(shí)的間歇過程，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化，提高了自動(dòng)化水平。
[1] 梁德惠.乙二胺四乙酸的應(yīng)用與開發(fā) [Ｊ].化學(xué)世界.1994(5)：234.