CN102557970B - 一种无水甜菜碱的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过化学合成制备无水甜菜碱的制备方法，是利用氯乙酸、碳酸钠、三甲胺为主要原料，经过中和、取代、浓缩、一次除盐、二次除盐、蒸发、结晶、离心、干燥等工序，通过电渗析除盐和蒸发脱盐及沸腾干燥机相结合的工艺生产出99.9％以上高纯度的无水甜菜碱，该工艺省去了原先已有的甲醇脱水和双椎干燥机干燥设备，得到一水合甜菜碱后直接用沸腾干燥机进行烘干，每吨可节约成本1200元左右，提高产能3吨/天。

Description

一种无水甜菜碱的制备方法
技术领域
本发明涉及一种通过化学合成制备无水甜菜碱的生产工艺，尤其涉及一种用氯乙酸、碳酸钠、三甲胺为主要原料制备无水甜菜碱的生产工艺。
背景技术
甜菜碱是一种天然的类维生素物质，分子式(CH3)3NCH2COO，分子量117，无毒、吸湿性极强，味甘甜、有特殊气味，它广泛存在于动植物体内并有着重要的功能，其价值已被无数的科学研究、实践所肯定。甜菜碱的用途非常广泛。例如，在医药方面，甜菜碱可用于生产治疗和预防肝脏病的药物、抗生素的原料。甜菜碱可以用作食品添加剂，对老人保健、儿童生长发育都能起到良好的促进作用。在日用化工方面，由于甜菜碱性质极其温和，是优异的渗透剂、保湿剂和甜味剂，因而可以添加到香波、浴液、护发素、护肤青和牙膏中。向生长条件恶劣如干早、高盐、高温、高湿等的植物或作物外源性施用甜菜碱能促进它们的生长、提高它们的产量。
目前制备甜菜碱的方法主要有两种：一种是从甜菜糖蜜发酵液中提取，其提取工艺主要是离子排斥法，应用聚乙烯-二乙烯树脂色谱分离柱，洗脱出的甜菜碱母液，经蒸发、浓缩、三段结晶、过滤制得纯度约98％的无水或一水合甜菜碱。本方法受到季节和地区的限制，提取工艺也比较烦琐。另一种是通过化学合成方法制备，采用氯乙酸和三甲胺为原料在碱液中进行反应生成甜菜碱和氯化钠，但是反应生成的氯化钠很难除去。中国专利CN93109224公开了一种采用强酸性离子交换树脂吸附，稀氨水解吸，然后浓缩，结晶的纯化除盐方法，该法的缺点是不但工艺复杂，生产周期长，效率低，而且能耗很大，离子交换树脂再生时还有大量废水排放。
甜菜碱及其盐酸盐在由化学合成方法进行制备时，由于受某些特定的合成条件所限，必然会产生大量的副产物一氯化钠，氯化钠与主产物同时生成，掺杂于主产物中。同时，也会有少量重金属物质混于产物中。这些杂质都大大的破坏了主产物甜菜碱的品质，必须将其完全分离除去。如何做到最有效最彻底的分离，一直是甜菜碱行业的重要研究课题。
经过对国内外生产企业的深入的市场调研和统计发现，现在甜菜碱、甜菜碱盐酸盐生产企业所普遍采用的制备提取方法，普遍存在如产品中副产物掺杂其中从而导致杂质含量高等问题，在一定程度上制约了企业发展，如国内普遍使用的真空蒸馏方法提取纯度98％的无水型结晶甜菜碱，该方法的最突出缺陷在于，由于进行蒸馏时母液的粘稠度越来越高，而氯化钠在溶液中的溶解度随温度变化并不大，导致副产物氯化钠并不能有效地全部与主产物分离，该方法对技术控制的要求非常的高，一般并不能得到高纯度的无水甜菜碱。目前较为先进的离子交换法可以在一定程度上改善真空蒸馏法的不足，但是该方法造价高，并不适合大规模的产业化生产运作。而本发明提供了一种全新的生产流程，与常规方法比具有投资低、产品纯度高、原料单耗量低、节约成本、提高产能等优点，因而具有较好的推广价值。
发明内容
本发明提供一种无水甜菜碱生产工艺，旨在解决现有的无水甜菜碱生产工艺普遍存在的投资大、产品纯度低、产能低等问题，本方法对推进规模化生产具有重要意义。
本发明的技术方案是：
1、一种无水甜菜碱生产工艺，特征在于包括以下步骤：
(1)常温下将2吨水，1.5吨氯乙酸，0.84吨碳酸钠投入反应釜中，投料时要注意投料速度，以不析出大量的二氧化碳为准；
(2)投完料充分反应后再通入0.95吨三甲胺，投料时反应温度控制在55-65℃，当PH＝7时停止投料，三甲胺投料过程中，反应釜压力不允许超过0.1Mpa，三甲胺通料完毕后，温度50-60℃开始搅拌，保温3小时，然后物料移至浓缩反应釜中；
(3)使蒸汽压力稳定在0.3MPa，给物料加热进行浓缩，真空压力稳定在-0.08MPa，当物料温度达到115℃时停止加热，搅拌20分钟，然后上清液移至液料储存罐中，反应釜中的氯化钠每五批清理一次；
(4)上清液加纯水稀释至盐含量为10重量％以下，物料混合均匀后经电渗析设备进行除盐，产出的甜菜碱溶液灰份不大于0.5重量％，检测合格后，产出的盐溶液打至盐溶液储存罐中；
(5)甜菜碱溶液用降膜浓缩器进行浓缩，使蒸汽压力稳定在0.3MPa，真空压力稳定在-0.08MPa，当物料温度达到115℃时停止加热，浓缩结束，然后浓缩后的甜菜碱溶液移至甜菜碱结晶釜中；
(6)甜菜碱结晶：把浓缩后结晶釜中的甜菜碱液体物料冷却，使物料温度降至10℃以下，使结晶体大量析出；
(7)甜菜碱离心：用离心机进行固液分离，产出一水合甜菜碱结晶，灰份不大于0.1重量％，检测合格后，产生的一水合甜菜碱晶体装入规定的物料周转袋中，分离出的液体收集到液料收集罐中，生产循环套用；
(8)将一水合甜菜碱晶体投入沸腾干燥机中，温度控制在115℃以下，干燥20-30分钟，将产品中的结晶水和水分烘干，得无水甜菜碱产品。
所使用的降膜浓缩器为山东淄博圣新石墨设备有限公司制造。
本发明的有益效果是：利用氯乙酸、碳酸钠、三甲胺为主要原料，经过中和、取代、浓缩、一次除盐、二次除盐、蒸发、结晶、离心、干燥等工序，通过电渗析除盐和蒸发脱盐及沸腾干燥机相结合的工艺生产出99.9％以上高纯度的无水甜菜碱，该工艺省去了原先已有的甲醇脱水和双椎干燥机干燥设备，得到一水合甜菜碱后直接用沸腾干燥机进行烘干，每吨可节约成本1200元左右，提高产能3吨/天。
附图说明
图1是本发明的无水甜菜碱生产工艺的流程图，其中主要涉及使用氯乙酸、碳酸钠、三甲胺为原料，经过反应、浓缩、一次除盐、二次除盐、二次浓缩、结晶、分离，最后得到无水甜菜碱。
具体实施方式
实施例1
(1)常温下将2吨水，1.5吨氯乙酸，0.84吨碳酸钠投入反应釜中，投料时要注意投料速度，以不析出大量的二氧化碳为准；
(2)投完料充分反应后再通入0.95吨三甲胺，投料时反应温度控制在55℃，当PH＝7时停止投料，三甲胺投料过程中，反应釜压力不允许超过0.1Mpa，三甲胺通料完毕后，温度50℃开始搅拌，保温3小时，然后物料移至浓缩反应釜中；
(3)使蒸汽压力稳定在0.3MPa，给物料加热进行浓缩，真空压力稳定在-0.08MPa，当物料温度达到115℃时停止加热，搅拌20分钟，然后上清液移至液料储存罐中，反应釜中的氯化钠每五批清理一次；
(4)上清液加纯水稀释至盐含量为10重量％以下，物料混合均匀后经电渗析设备进行除盐，产出的甜菜碱溶液灰份不大于0.5重量％，检测合格后，产出的盐溶液打至盐溶液储存罐中；
(5)甜菜碱溶液用降膜浓缩器进行浓缩，使蒸汽压力稳定在0.3MPa，真空压力稳定在-0.08MPa，当物料温度达到115℃时停止加热，浓缩结束，然后浓缩后的甜菜碱溶液移至甜菜碱结晶釜中；
(6)甜菜碱结晶：把浓缩后结晶釜中的甜菜碱液体物料冷却，使物料温度降至10℃以下，使结晶体大量析出；
(7)甜菜碱离心：用离心机进行固液分离，产出一水合甜菜碱结晶，灰份不大于0.1重量％，检测合格后，产生的一水合甜菜碱晶体装入规定的物料周转袋中，分离出的液体收集到液料收集罐中，生产循环套用；
(8)将一水合甜菜碱晶体投入沸腾干燥机中，温度控制在115℃以下，干燥20分钟，将产品中的结晶水和水分烘干，得无水甜菜碱产品。
经测定，所得无水甜菜碱的纯度为99.97％，收率为98.6％。
实施例2
(1)常温下将2吨水，1.5吨氯乙酸，0.84吨碳酸钠投入反应釜中，投料时要注意投料速度，以不析出大量的二氧化碳为准；
(2)投完料充分反应后再通入0.95吨三甲胺，投料时反应温度控制在65℃，当PH＝7时停止投料，三甲胺投料过程中，反应釜压力不允许超过0.1Mpa，三甲胺通料完毕后，温度60℃开始搅拌，保温3小时，然后物料移至浓缩反应釜中；
(3)使蒸汽压力稳定在0.3MPa，给物料加热进行浓缩，真空压力稳定在-0.08MPa，当物料温度达到115℃时停止加热，搅拌20分钟，然后上清液移至液料储存罐中，反应釜中的氯化钠每五批清理一次；
(4)上清液加纯水稀释至盐含量为10重量％以下，物料混合均匀后经电渗析设备进行除盐，产出的甜菜碱溶液灰份不大于0.5重量％，检测合格后，产出的盐溶液打至盐溶液储存罐中；
(5)甜菜碱溶液用降膜浓缩器进行浓缩，使蒸汽压力稳定在0.3MPa，真空压力稳定在-0.08MPa，当物料温度达到115℃时停止加热，浓缩结束，然后浓缩后的甜菜碱溶液移至甜菜碱结晶釜中；
(6)甜菜碱结晶：把浓缩后结晶釜中的甜菜碱液体物料冷却，使物料温度降至10℃以下，使结晶体大量析出；
(7)甜菜碱离心：用离心机进行固液分离，产出一水合甜菜碱结晶，灰份不大于0.1重量％，检测合格后，产生的一水合甜菜碱晶体装入规定的物料周转袋中，分离出的液体收集到液料收集罐中，生产循环套用；
(8)将一水合甜菜碱晶体投入沸腾干燥机中，温度控制在115℃以下，干燥30分钟，将产品中的结晶水和水分烘干，得无水甜菜碱产品。
经测定，所得无水甜菜碱的纯度为99.98％，收率为98.3％。

Claims (1)

1.一种无水甜菜碱的制备方法，特征在于包括以下步骤：
(1)常温下将2吨水，1.5吨氯乙酸，0.84吨碳酸钠投入反应釜中，投料时要注意投料速度，以不析出大量的二氧化碳为准；
(2)投完料充分反应后再通入0.95吨三甲胺，投料时反应温度控制在55-65℃，当PH＝7时停止投料，三甲胺投料过程中，反应釜压力不允许超过0.1Mpa，三甲胺通料完毕后，温度50-60℃开始搅拌，保温3小时，然后物料移至浓缩反应釜中；
(3)使蒸汽压力稳定在0.3MPa，给物料加热进行浓缩，真空压力稳定在-0.08MPa，当物料温度达到115℃时停止加热，搅拌20分钟，然后上清液移至液料储存罐中，反应釜中的氯化钠每五批清理一次；
(4)上清液加纯水稀释至盐含量为10重量％以下，物料混合均匀后经电渗析设备进行除盐，产出的甜菜碱溶液灰份不大于0.5重量％，检测合格后，产出的盐溶液打至盐溶液储存罐中；
(5)甜菜碱溶液用降膜浓缩器进行浓缩，使蒸汽压力稳定在0.3MPa，真空压力稳定在-0.08MPa，当物料温度达到115℃时停止加热，浓缩结束，然后浓缩后的甜菜碱溶液移至甜菜碱结晶釜中；
(6)甜菜碱结晶：把浓缩后结晶釜中的甜菜碱液体物料冷却，使物料温度降至10℃以下，使结晶体大量析出；
(7)甜菜碱离心：用离心机进行固液分离，产出一水合甜菜碱结晶，灰份不大于0.1重量％，检测合格后，产生的一水合甜菜碱晶体装入规定的物料周转袋中，分离出的液体收集到液料收集罐中，生产循环套用；
(8)将一水合甜菜碱晶体投入沸腾干燥机中，温度控制在115℃以下，干燥20-30分钟，将产品中的结晶水和水分烘干，得无水甜菜碱产品。
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