CN112300077B - 一种环保型高收率尿囊素的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种环保型高收率尿囊素的制备方法包括步骤：S100在反应器中加入水、尿素和催化剂，搅拌加热至55℃～85℃；S200滴加乙醛酸水溶液，同时进行负压脱水，持续6～8小时，滴加完毕，停止负压脱水，继续保温6～8小时后；S300将反应混合物冷却至室温20℃～25℃，先后用NaHCO3溶液和水喷淋、烘干、粉碎得到尿囊素成品。从而采用硫酸和氨基磺酸作催化剂，降低了催化剂的用量，保证了反应的稳定性，提高了产品收率。

Description

一种环保型高收率尿囊素的制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保型高收率尿囊素的制备方法。
背景技术
尿囊素(allantoin)是一种被广泛应用于医药、日化、农业、轻工业及生物工程等领域的化工产品。由于尿囊素具有润肤、保湿、角质软化和促进细胞再生等作用，因此被广泛应用于护肤类的化妆品中。在临床上，用于皮肤干燥皲裂、皮肤溃疡、手部皮炎等，也可口服于胃及十二指肠溃疡，还有报道称其具有缓解癌性腹水和降血脂的作用。在农业方面，它具有促生长、固果、催熟的作用。在饲料方面，其具有提高胃肠道消化吸收功能的作用，同时能使兽禽对流行疫病产生抵抗力，是一种良好的饲料添加剂。
尿囊素的合成方法多为化学合成，但收率均未超过75％。李桂云、马江全在“尿囊素的合成及表征”(江苏石油化工学院学报)中公开了以硝酸、硫酸混酸为催化剂合成尿囊素的产率为59.3％，其原料乙醛酸是用硝酸氧化法生产的，未经过处理就直接生产尿囊素，产品质量会受到残留乙二醛及副产物草酸的影响而下降。雷虹等在“尿囊素生产及市场综述”中公开了以硫酸、盐酸和硝酸等质子酸为催化剂合成尿囊素的收率在52％-58％之间；在专利公开号CN1528749A的发明专利尿囊素合成新工艺中公开了以金属催化剂催化合成尿囊素，其收率仅能达到56％。另外，以固体酸为催化剂合成尿囊素的报道也屡见不鲜，但是收率都在60％以下，仅史高峰等在“尿囊素合成新工艺”中以磷钨杂多酸[H3PW12O40·xH2O]为催化剂，收率可达68.5％，但用量过多；付薪菱等在“SO4 2-/TiO2固体超强酸催化合成尿囊素”中以SO4 2-/TiO2固体超强酸为催化剂催化合成尿囊素收率最高也只达58.23％，而且固体酸制作困难，成本高，不适合工业化生产。在专利公开号CN1765888A的发明专利一种尿囊素的合成工艺中公开了以凝胶型强酸性阳离子交换树脂或大孔型强酸性阳离子交换树脂为催化合成尿囊素收率可达67.7％，但催化剂需要处理，生产成本高。另外在专利号CN102898376A的发明专利一种尿囊素的合成中公开了以硫酸氢盐与硫酸混合物为催化剂，尿囊素收率可达75％，但游离酸含量还是过高，给后面的母液处理带来困难。
因而，目前尿囊素的合成方法有：(1)尿酸高锰酸钾氧化法，该法应用高锰酸钾作为氧化剂，反应属于强氧化反应，不易控制，而且尿酸成本高不易得到；(2)乙醛酸钙盐酸溶解法，该法分两步进行，先制备乙醛酸钙，再用盐酸酸化与尿素缩合生成尿囊素，该法反应剧烈，不易操作，而且收率低，不适合大规模生产；(3)尿素二氯乙酸加热法，该法一步生成尿囊素，但是反应需甲醇作为溶剂，并需加热40℃～50℃，使反应过程存在***危险，而且收率低，不适合大规模生产；(4)尿素乙醛酸缩合法，该法是当前尿囊素生产厂家普遍采用的方法，该法通过尿囊与乙醛酸一步缩合生成尿囊素，应用传统的质子酸如硫酸、盐酸等强酸以及不同比例质子酸的混合酸作为催化剂来生产，具有操作简单，原料易得，收率相对较高的优点，但是这种方法因引入大量的强酸，使合成产生的母液酸性较高，存在废水不易处理等问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种环保型高收率尿囊素的制备方法，采用硫酸和氨基磺酸作催化剂，降低了催化剂的用量，保证了反应的稳定性，提高了产品收率。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种环保型高收率尿囊素的制备方法包括步骤：
S100在反应器中加入水、尿素和催化剂，搅拌加热至55℃～85℃；
S200滴加乙醛酸水溶液，同时进行负压脱水，持续6～8小时，滴加完毕，停止负压脱水，继续保温6～8小时后；
S300将反应混合物冷却至室温20℃～25℃，先后用NaHCO3溶液和水喷淋、烘干、粉碎得到尿囊素成品。
作为一种优选，所述催化剂为硫酸和氨基磺酸的混合物，混合物中游离氢离子总和与乙醛酸的摩尔比为0.03～0.05:1。
作为一种优选，硫酸和氨基磺酸的摩尔比为1～3:1。
作为一种优选，硫酸和氨基磺酸的摩尔比为2:1。
作为一种优选，所述乙醛酸水溶液的质量浓度为40％～50％。
作为一种优选，所述尿素和乙醛酸的摩尔比为3.5～4:1。
作为一种优选，所述尿素和乙醛酸的摩尔比为3.7:1。
作为一种优选，所述加热温度为70℃～75℃，在所述负压脱水中的真空度为0.05mpa～0.08mpa。
作为一种优选，在所述负压脱水中的真空度为0.06mpa～0.07mpa。
作为一种优选，喷淋洗涤液为0.1％NaHCO3溶液和水，喷淋的量为滤饼量的10％～20％。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
(1)本发明尿囊素的合成方法通过工业化生产而得到的最佳工艺，采用硫酸和氨基磺酸作催化剂，与传统的硫酸、盐酸等催化剂相比，用量降低一半，产品晶形明显，易离心、喷淋，质量明显提高；采用滴加40％-50％乙醛酸和负压脱水相结合工艺，保证了反应体系中的酸度和催化剂浓度，降低了催化剂的用量，保证了反应的稳定性，提高了产品收率；母液经与甲醛反应，一方面降低了母液的含氮量和酸度，便于生化处理；另一方面生成的甲醛脲可作肥料使用，绿色环保，具有良好的生态效应；采用微碱性0.1％NaHCO3喷淋和水喷淋降低了产品中残留酸和盐的含量，同时也减少了洗涤水的用量，减少了废水的排放；
(2)工艺操作简单，原料易得，成本低，收率高，工业化生产经济效益明显；尿囊素收率可达83％以上，与传统工艺收率约68％比较，收率约提高15％以上；据测算，生产每吨尿囊素约产生废水及母液2吨，与传统工艺生产每吨尿囊素约产生废水及母液10吨比较，废水及母液减少近4倍，母液经甲醛处理生成甲醛脲后，含氮量和酸度明显降低，便于生化处理，经分析，本发明得到的尿囊素产品各项技术指标均在欧洲药典(EP6.0)的要求范围内。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施1
在5000L反应釜中，投入水600kg(33.33kmol)，尿素3300kg(55.00kmol)，加硫酸24.5kg(0.25kmol)和氨基磺酸12.4kg(0.13kmol)搅拌，加热，使***升温至65℃，滴加50％乙醛酸2200kg(14.86kmol)，同时进行负压脱水，保持真空度0.06mpa左右，滴加6～8小时结束，停止负压脱水，继续保温反应6～8小时后，将反应混合物冷却至室温(20℃～25℃)，离心后用120kg 0.1％NaHCO3喷淋，再用120kg水喷淋，将产品置于95℃烘箱，烘干、粉碎、称重，制得尿囊素2018kg，计算收率为86.2％。
经甲醛处理后的母液，与其它喷淋液一起，生化处理达标后排放。
实施2
在5000L反应釜中，投入水600kg(33.33kmol)，尿素3566kg(59.44kmol)，加硫酸24.5kg(0.25kmol)和氨基磺酸12.4kg(0.13kmol)搅拌，加热，使***升温至65℃，滴加50％乙醛酸2200kg(14.86kmol)，同时进行负压脱水，保持真空度0.06mpa左右，滴加6～8小时结束，停止负压脱水，继续保温反应6～8小时后，将反应混合物冷却至室温(20℃～25℃)，离心后用120kg 0.1％NaHCO3喷淋，再用120kg水喷淋，将产品置于95℃烘箱，烘干、粉碎、称重，制得尿囊素2052kg。计算收率为87.7％。
经甲醛处理后的母液，与其它喷淋液一起，生化处理达标后排放。
实施3
在5000L反应釜中，投入水600kg(33.33kmol)，尿素33120kg(52.00kmol)，加硫酸24.5kg(0.25kmol)和氨基磺酸12.4kg(0.13kmol)搅拌，加热，使***升温至65℃，滴加50％乙醛酸2200kg(14.86kmol)，同时进行负压脱水，保持真空度0.06mpa左右，滴加6～8小时结束，停止负压脱水，继续保温反应6～8小时后，将反应混合物冷却至室温(20℃～25℃)，离心后用120kg 0.1％NaHCO3喷淋，再用120kg水喷淋，将产品置于95℃烘箱，烘干、粉碎、称重，制得尿囊素1942kg。计算收率为83.0％。
经甲醛处理后的母液，与其它喷淋液一起，生化处理达标后排放。
实施4
在5000L反应釜中，投入水600kg(33.33kmol)，尿素3300kg(55.00kmol)，加硫酸24.5kg(0.25kmol)和氨基磺酸12.4kg(0.13kmol)搅拌，加热，使***升温至65℃，滴加40％乙醛酸2750kg(14.86kmol)，同时进行负压脱水，保持真空度0.06mpa左右，滴加6-8小时结束，停止负压脱水，继续保温反应6-8小时后，将反应混合物冷却至室温(20℃-25℃)，离心后用120kg0.1％NaHCO3喷淋，再用120kg水喷淋，将产品置于95℃烘箱，烘干、粉碎、称重，产品重为2002kg。计算收率为85.5％。
经甲醛处理后的母液，与其它喷淋液一起，生化处理达标后排放。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种尿囊素的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S100在反应器中加入水、尿素和催化剂，搅拌加热至70℃~75℃，其中，所述催化剂为硫酸和氨基磺酸的混合物，混合物中游离氢离子总和与乙醛酸的摩尔比为0.03~0.05:1，其中，硫酸和氨基磺酸的摩尔比为1~3:1；
S200滴加乙醛酸水溶液，同时进行负压脱水，在所述负压脱水中的真空度为0.05mpa~0.08mpa，持续6~8小时，滴加完毕，停止负压脱水，继续保温6~8小时后，其中，所述尿素和乙醛酸的摩尔比为3.5~4:1；
S300将反应混合物冷却至室温20℃~25℃，先后用NaHCO3溶液和水喷淋、烘干、粉碎得到尿囊素成品。
2.根据权利要求1所述的尿囊素的制备方法，其特征在于，硫酸和氨基磺酸的摩尔比为2:1。
3.根据权利要求2所述的尿囊素的制备方法，其特征在于，所述乙醛酸水溶液的质量浓度为40%~50%。
4.根据权利要求3所述的尿囊素的制备方法，其特征在于，所述尿素和乙醛酸的摩尔比为3.7:1。
5.根据权利要求4所述的尿囊素的制备方法，其特征在于，在所述负压脱水中的真空度为0.06mpa~0.07mpa。
6.根据权利要求5所述的尿囊素的制备方法，其特征在于，喷淋洗涤液为0.1%NaHCO3溶液和水。
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