CN101168543A - 葡醛内酯的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

葡醛内酯的生产工艺,包括氧化、水解、浓缩、酯化、结晶、离心、精制和成品工序,主要技术特点是,氧化工序在向硝酸中加完淀粉,并在40±3℃保温5小时以上,再加水升温至50-90℃通压缩空气反应2~4小时使淀粉充分氧化;水解液浓缩的浓缩终点为波美度≥44~50,使溶液中的游离水降到较低的含量以利于下一步的内脂化;将酯化工序中的单次酯化变为多次酯化,酯化后用带水剂将酯化中生成的水带出,使再次酯化进行的更彻底;结晶工序不用加入乙醇稀释,从而使结晶母液体系改善,有利于葡醛内酯结晶的析出,也有利于从分离母液中蒸出醋酸。本发明使产品总收率提高到14-15%(W/W),并降低消耗,减少污染,降低生产成本。

Description

葡醛内酯的生产工艺
技术领域
本发明属于精细化工产品——医药中间体的制造方法,特别涉及一种葡醛内酯的生产方法。
背景技术
在我国葡醛内酯的生产方法有多种,但用于生产的成熟技术主要采用如下方案,以具体工序介绍如下:
(1)氧化工序;
将340~350L的60%硝酸一次性加入氧化釜中,搅拌下升温至50-52℃停止加热,然后用5kg左右淀粉与2.6kg的NaNO2混匀,通过加料口一次性加到氧化釜中作为引发剂,然后以下列时间与温度投淀粉:
时间:(分钟):0       20       40       60        80
温度:(℃):  51-52   47-48    44-45    40-43     40-41
投料量(kg):  75      75       70       50        50
其中时间一项可根据实际温度状态延长投料时间,投料结束后在40±2℃保温反应5小时以上,然后用约500L水冲洗氧化釜,并与氧化液一同放入氧化槽中静止。
(2)水解工序
当氧化液静止5小时后,向氧化液槽中通蒸汽在保证氧化液不高于50℃的情况下,使槽内起满泡沫,为通汽终点,然后用专用工具将沫捞净,再向槽内注水到2600L后,一次性将该溶液吸入水解釜中升温加热,从釜内温度达到120℃开始计时,釜内压力约2.5~3kg左右,温度135~140℃,40分钟后取样,当水解变为红棕色透明液体为终点,打开出料阀用釜内压力将物料一次性压入水解槽静止降温。
(3)浓缩酯化工序
将上述水解液加入到2000L浓缩皿中,在真空≥-0.094MPa、温度≤56℃条件下浓缩,当波美度≥44时为终点,然后一次性将浓缩好的浓缩液加到混合釜中,再加180-185L乙酸,再搅拌下快速混合约为5分钟,再将混合液一次性打入酯化釜中,按下列条件进行酯化。
时间(小时)1       2       3       4       5-16
温度(℃)  45-48   43-45   40-43   38-40   缓慢降至20-23
(4)蒸醋酸及结晶工序:
将酯化好的酯化液一次性吸入浓缩釜中,然后开真空加热再保证料液温度≤55℃,浓缩至物料波美度≥40为终点。当浓缩完毕后将物料一次性吸入结晶釜中,按下列条件降温结晶
时间(天)  1       2      3
温度(℃)  10-5    5-0    0--10
(5)离心工序
当物料结晶结束后向结晶釜内一次性加入-5--10℃的乙醇100-120L开搅拌将物料搅匀,然后用离心机甩干为止。
(6)精制工序
按粗品∶水∶乙醇=100∶80∶15的比例配好物料
先将水加热至80-85℃然后快速把粗品投到水中并加入约粗品重量的0.5%的活性碳,在搅拌下保持80-85℃溶解5分钟,再将该料液一次性压滤到结晶釜中,降温搅拌,当温度降至-8℃时为结晶终点。
(7)成品工序:
将上述工序中结晶好的物料放入无尘间的离心机中离心,并用专用工具将甩干的结晶送至旋转蒸发皿中,在40-45℃进行真空干燥,化验合格为成品。
该生产工艺,葡醛内酯的总收率高者能达到12%(w/w)。
从上述工艺中可以看出,该工艺存在以下几方面的缺点:
(1)在整个氧化过程中淀粉都以粉块状或糊状的状态与硝酸进行着固-液反应,从而不能使淀粉有效的转变为羧基淀粉,经过分析测定淀粉变为羧基淀粉的转化率很低,所以在水解时水解液的有效成分-葡萄糖醛酸转化率不足30%并生成了大量的以葡萄糖为主的液体,不利于以后的各部反应。
(2)水解溶液的终点不到,使溶液体系中还含有较多的游离水,不利于内酯化的进行,因此在上述工艺条件下酯化度不高。
(3)在酯化液体系中是由大量的聚糖类物质、水、乙醇、乙酸等物质组成的粘稠状液体,不利于结晶析出,造成产物收率低。
(4)由于结晶的母液中由多种溶剂互溶在一起,因此无法进行回收利用,对环境造成很大的污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的葡醛内酯的生产工艺,提高产品收率,乙酸可回收循环利用,降低生产成本。
本发明葡醛内酯的生产工艺,包括以下步骤:
(1)氧化工序:由硝酸与淀粉在引发剂亚硝酸钠作用下反应;
(2)水解工序:氧化反应产生的氧化液与水在120~145℃,优选133~140℃,压力为2.5~3kg下水解,当水解液变为红棕色透明液体为反应终点;
(3)浓缩、酯化工序:水解液进行浓缩,浓缩液与乙酸进行2次或2次以上酯化反应;
(4)结晶工序:酯化液直接降温结晶;
(5)离心、精制和成品工序;
本发明在已有技术的基础上采用多次酯化工艺,一是有利于使葡萄糖醛酸(水解产生)向葡醛内酯转化,提高转化率;二是使结晶体系(步骤4)改变,减少了水分,整个物料粘稠度降低,更有利于葡醛内酯的结晶析出;三是使步骤(4)结晶工序中不再需要加入乙醇稀释,结晶后的母液组分简单,通过简单蒸馏可以回收乙酸,经过脱水处理可以回用于生产。而且回收乙酸后的料液可直接用于生产草酸,起到降低污染的作用。
浓缩液与乙酸进行2次或2次以上酯化反应,比较好的具体操作方式为:向浓缩液中加入乙酸,在35~50℃(优选40~45℃)保温6~12小时,然后慢慢降温至20-25℃再将酯化液浓缩至波美度(50℃)≥40为终点,此时再向该浓缩好的溶液加入工艺配比乙酸量的1/5~1,优选1/2~1/4,再在35~50℃(优选35~42℃)保温6~12小时再降温,如此酯化2次或2次以上直接进入结晶工序。
浓缩液与乙酸的酯化反应更优选的条件为:在1~3小时内保持温度为40-42℃,在4~6小时内保持温度38-40℃。
酯化液浓缩时最好加入低沸点带水剂,使水分尽量蒸出。带水剂可以选用常用物质,如乙酸乙酯、乙醇、乙酸、环己烷等。
本发明其它工序步骤优选采用如下技术方式:
所述步骤(1)氧化工序中,淀粉与质量浓度为50~60%的硝酸的重量配比为1∶1.35~2.0(优选1.40~1.50),引发剂亚硝酸钠的量为淀粉重量的0.5~1%,在向硝酸中加完淀粉,在40±3℃保温5小时以上,然后加入所投淀粉量的1.4~2倍,优选1.6倍的水,升温至50~90℃,通压缩空气反应2~4小时,然后氧化液静置。
所述步骤(3),水解液进行浓缩,当浓缩液的波美度(50℃)≥44~50(优选48)时为浓缩终点。
本发明针对已有技术存在的缺陷,分别对应做出相应的改进:
(1)氧化工序,在向硝酸加完淀粉,保温结束后,再向氧化釜中加水并升温至50-90℃通压缩空气反应2~4小时使淀粉充分氧化。
(2)水解液浓缩的浓缩终点为波美度(50℃)≥44~50,使溶液中的游离水降到较低的含量以利于下一步的内脂化。
(3)将酯化工序中的单次酯化变为多次酯化,在酯化后用带水剂将酯化中生成的水带出,使再次酯化进行的更彻底。
(4)结晶工序不用加入乙醇稀释,从而使结晶母液体系改善,有利于葡醛内酯结晶的析出。也有利于从分离母液中蒸出醋酸,回收后脱水再用于生产,剩余母液可以直接作为生产草酸的原料。
以下比较详细的描述本发明工艺:
1、氧化工序
配比;淀粉∶硝酸(质量浓度50~60%)=1∶1.35~2.0(优选1.40-1.50)(W/W)
引发剂:亚硝酸钠(淀粉重的0.5-1%)
按配比计量好硝酸放入氧化釜中,升温至51-52℃停止加热,然后加入亚硝酸钠,搅拌1分钟后按以下条件投料。
时间(分钟)      0        25       50      75       100
温度(℃)        51~52   47~48   44~45  40~43   40~41
淀粉投料量(kg)  3/13M    3/13M    3/13M   2/13M    2/13M
注:M为按配比投淀粉的量
投料结束后在40±3℃保温5小时以上,然后加入所投淀粉量的1.4~2倍左右的水升温到50~90℃通压缩空气反应2~4小时,最后将氧化液放入氧化槽中静置
2、水解工序
向氧化槽中加水,将以配方量的淀粉配成12~13%(质量)左右的浓度所需要水量计算(包括氧化工序中保温反应后投加的水),分析一下氧化液的酸度是否小于7%,如果大于7%适度加水调节,分析合格后过滤打入水解釜中,加热升温,当温度到120℃时开始计时,压力在2.5-3kg,温度133-140℃反应40分钟后取样,当水解溶液变为红棕色透明液体时为水解终点。打开出料阀用釜内压力将物料一次性压入水解槽静止降温
3、浓缩、酯化带水工序
配比:淀粉∶乙酸=1∶0.5-0.7(W/W)
将水解液加入到蒸发器中在真空度≥-0.094MPa,温度≤55℃条件下浓缩,当波美度(50℃)≥44~50(优选48)时为终点。然后一次性将浓缩好的浓缩液加到混合釜中,再加按配比计量的乙酸,在搅拌下快速混合5分钟,再将混合液一次性打入酯化釜中,按下列条件(优选)进行酯化。
时间(小时)1-8        8-16
温度(℃)  40-42℃    缓慢降到20-25℃
在第一次酯化结束后将料液加热,在温度≤55℃,真空度≥-0.094条MPa条件下蒸乙酸共沸带水。此时可加入低沸点的带水剂,例如:乙酸乙酯、乙醇、乙酸、环己烷等。当溶液的波美度≥40时为终点。然后再向该料液加入配比乙酸量的一半的乙酸(加入乙酸量的范围一般为1/5~1,最佳范围为原乙酸量的1/2-1/4)进行二次酯化,优选条件如下:
时间(小时)  1-3       4-6
温度(℃)    40-42℃   38-40℃
4、结晶工序
将上述酯化液按下列优选条件降温结晶:
时间(天)  1       2       3
温度(℃)  30-25   25-15   0--5
5、离心工序
开启搅拌将物料搅匀然后用离心机甩干为止得粗品。
6、精制工序
精制工序为:先将水加热到80-85℃然后将粗品投到水中,粗品与水的重量配比为100∶60~90,并加入粗品重量的0.5%的活性碳,在搅拌下保持80-85℃溶解5分钟,过滤,滤液中加入乙醇,乙醇的加入量为粗品重量的至少10%,然后再将料液降温结晶,当温度降至-5~-10℃时为结晶终点。
7、成品工序
将上述工序中结晶好的物料放入无尘间的离心机离心,并将甩干的结晶送入旋转蒸发器中,在40-45℃进行真空干燥,化验合格为成品。
本发明的优点:
通过改进现有工艺,产品总收率可提高到14-15%(W/W),并降低了消耗,减少了污染,乙酸可回收循环利用,从而降低生产成本。
具体实施方式
以下结合实施例说明,但不限于实施例。
实施例1:
将696ml,质量浓度为60%的硝酸加入到四口瓶中升温到51-52℃停止加热然后向瓶内加入约5.2gNaNO2,搅拌1分钟后按下列时间与温度投淀粉:
时间:(分钟):0       20      40      60      80
温度:(℃):  51-52   47-48   44-45   40-43   40-41
投料量(g):   150     150     150     100     100
投完淀粉后在40±3℃保温反应5小时以上,然后向瓶中加入1000ml水升温至70℃并通入空气反应2小时,最后向瓶中加水使总体积为5200ml,过滤后去水解。
将上述的氧化液倒入高压釜中直通蒸汽升温,当温度升至120℃开始计时,在压力约3kg左右,136℃反应45-60分钟结束反应,快速将水解液放入烧杯中迅速降温。
用水浴加热在温度≤55℃,真空度≥-0.094MPa的条件下将水解液浓缩到波美度(50℃)=48,然后一次性向浓缩好的水解液加入370g乙酸,在40℃内酯化反应8小时,酯化过程中每半小时搅拌均匀一次,然后静止过夜。
第二天将上述酯化液在温度≤55℃,真空≥-0.094MPa条件下蒸乙酸带水,料液的波美度≥40为终点,再向该料液中加入180g乙酸,在40±2℃酯化反应6小时,然后按下列条件降温结晶。
时间(天) 1       2       3
温度(℃) 30-25   25-15   0--5
等结晶结束后,将上述溶液离心甩干为止,大约出粗品120g。
将粗品快速溶到95g、85℃水中并加入约1g活性碳,搅拌3-5分钟过滤,然后向滤液中加入18g乙醇降温至-7℃,保温3小时以上,甩干得成品93g,母液回收套用,收率为14.3%。
实施例2:
将696ml,质量浓度为55%的硝酸加入到四口瓶中升温到51-52℃停止加热然后向瓶内加入约5gNaNO2,搅拌1分钟后按下列时间与温度投淀粉:
时间:(分钟):0       20      40      60      80
温度:(℃):  51-52   47-48   44-45   40-43   40-41
投料量(g):   150     150     150     100     100
投完淀粉后在40±3℃保温反应5小时以上,然后向瓶中加入1000ml水升温至50℃并通入空气反应4小时,最后向瓶中加水使总体积为5200ml,过滤后去水解。
将上述的氧化液倒入高压釜中直通蒸汽升温,当温度升至120℃开始计时,在压力约3kg左右,138℃反应45-60分钟结束反应,快速将水解液放入烧杯中迅速降温。
用水浴加热在温度≤55℃,真空度≥-0.094MPa的条件下将水解液浓缩到波美度(50℃)49,然后一次性向浓缩好的水解液加入370g乙酸,在45℃内酯化反应8小时,酯化过程中每半小时搅拌均匀一次,然后静止过夜。
第二天将上述酯化液加入带水剂环己烷200g在温度≤55℃,真空≥-0.094MPa条件下蒸乙酸带水,料液的波美度≥40为终点,再向该料液中加入150g乙酸,在40±2℃酯化反应6小时,然后按下列条件降温结晶。
时间(天)1       2       3
温度(℃)30-25   25-15   0--5
等结晶结束后,将上述溶液离心甩干为止,大约出粗品117g。
将粗品快速溶到95g、85℃水中并加入约1g活性碳,搅拌3-5分钟过滤,然后向滤液中加入30g乙醇降温至-8℃,保温3小时以上,甩干得成品94g,母液回收套用,收率为14.46%。
实施例3:
将696ml,质量浓度为60%的硝酸加入到四口瓶中升温到51-52℃停止加热然后向瓶内加入约5.2gNaNO2,搅拌1分钟后按下列时间与温度投淀粉:
时间:(分钟):0      20     40     60     80
温度:(℃):  51-52  47-48  44-45  40-43  40-41
投料量(g):   150    150    150    100    100
投完淀粉后在40±3℃保温反应5小时以上,然后向瓶中加入1000ml水升温至65℃并通入空气反应2小时,最后向瓶中加水使总体积为5200ml,过滤后去水解。
将上述的氧化液倒入高压釜中直通蒸汽升温,当温度升至120℃开始计时,在压力约2.5kg左右,133℃反应45-60分钟结束反应,快速将水解液放入烧杯中迅速降温。
用水浴加热在温度≤55℃,真空度≥-0.094MPa的条件下将水解液浓缩到波美度(50℃)=48,然后一次性向浓缩好的水解液加入370g乙酸,在40℃内酯化反应8小时,酯化过程中每半小时搅拌均匀一次,然后静止过夜。
第二天将上述酯化液在温度≤55℃,真空≥-0.094MPa条件下蒸乙酸带水,料液的波美度≥40为终点,再向该料液中加入180g乙酸,在40±2℃酯化反应10小时。再用水浴加热在温度≤55℃,真空度≥-0.094MPa的条件下将酯化液浓缩到波美度(50℃)=48,然后再一次性向浓缩好的酯化液加入100g乙酸,在35℃内酯化反应8小时,酯化过程中每半小时搅拌均匀一次。然后按下列条件降温结晶。
时间(天)1       2       3
温度(℃)30-25   25-15   0--5
等结晶结束后,将上述溶液离心甩干为止,大约出粗品115g。
将粗品快速溶到85g、85℃水中并加入约1g活性碳,搅拌3-5分钟过滤,然后向滤液中加入40g乙醇降温至-7℃,保温3小时以上,甩干得成品92g,母液回收套用,收率为14.1%。

Claims (10)

1.一种葡醛内酯的生产工艺,其特征在于包括以下步骤:
(1)氧化工序:由硝酸与淀粉在引发剂亚硝酸钠作用下反应;
(2)水解工序:氧化反应产生的氧化液与水在120~145℃,压力为2.5~3kg下水解,当水解液变为红棕色透明液体为反应终点;
(3)浓缩、酯化工序:水解液进行浓缩,浓缩液与乙酸进行2次或2次以上酯化反应;
(4)结晶工序:酯化液直接降温结晶;
(5)离心、精制和成品工序;
2.根据权利要求1所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于所述步骤(3)浓缩液与乙酸进行2次或2次以上酯化反应,具体操作方式为:向浓缩液中加入乙酸,在35~50℃保温6~12小时,然后慢慢降温至20-25℃再将酯化液浓缩至波美度≥40为终点,此时再向该浓缩好的溶液加入工艺配比乙酸量的1/5~1,再在35~50℃保温6~12小时再降温,如此酯化2次或2次以上直接进入结晶工序。
3.根据权利要求2所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于第2次或2次以上的酯化反应,每次乙酸的加入量为工艺配比量的1/2~1/4。
4.根据权利要求2所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于所述步骤(3)2次或2次以上酯化反应条件为:在1~3小时内保持温度为40-42℃,在4~6小时内保持温度38-40℃。
5.根据权利要求2所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于所述酯化液浓缩时加入带水剂。
6.根据权利要求5所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于所述带水剂采用乙酸乙酯、乙醇、乙酸或环己烷。
7.根据权利要求1所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于所述步骤(1)氧化工序中,淀粉与质量浓度为50~60%的硝酸的重量配比为1∶1.35~2.0,引发剂亚硝酸钠的量为淀粉重量的0.5~1%,在向硝酸中加完淀粉,在40±3℃保温5小时以上,然后加入所投淀粉量的1.4~2倍的水,升温至50~90℃,通压缩空气反应2~4小时,然后氧化液静置。
8.根据权利要求1所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于所述步骤(3),水解液进行浓缩,当浓缩液的波美度≥44~50时为浓缩终点。
9.根据权利要求1所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于所述步骤(4)酯化液结晶工序的条件为:
时间(天)    1      2      3
温度(℃)    30—25  25—15  0—-5
10.根据权利要求1所述的葡醛内酯的生产工艺,其特征在于所述步骤(5)离心工序为开启搅拌将物料搅匀然后用离心机甩干为止得粗品;
精制工序为:先将水加热到80-85℃然后将粗品投到水中,粗品与水的重量配比为100∶60~90,并加入粗品重量的0.5~1%的活性碳,在搅拌下保持80-85℃溶解5分钟,过滤,滤液中加入乙醇,乙醇的加入量为粗品重量的至少10%,然后再将料液降温结晶,当温度降至-5~-10℃时为结晶终点;
成品工序为:将结晶好的物料在离心机中甩干,然后在40-45℃进行真空干燥,化验合格为成品。
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