CN105494951A - 一种生产650甜菜碱的方法 - Google Patents

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马兴群
罗瑞生
王守忠
张信阳
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Abstract

本发明提出一种生产650甜菜碱的方法，包括以下步骤：使氯乙酸与氢氧化钠按照摩尔比(1.0～1.2):1、在第一预定温度和第一预定pH值条件下进行中和反应，得到氯乙酸钠；使三甲胺与氯乙酸钠按照摩尔比为1:1、在第二预定温度、第二预定pH值和预定压力下进行预定时间的胺化反应，得到含有甜菜碱、氯化钠和三甲胺的混合物；对混合物进行分离，分别得到含有三甲胺的轻组分和含有甜菜碱-氯化钠混合物的重组分；对重组分进行干燥；向干燥后重组分中添加硬脂酸钙等添加剂。根据本发明的方法，不需要进行浓缩滤盐，也不需要经过电渗析对甜菜碱进行提纯，具有更高的经济性和环保性。

Description

一种生产650甜菜碱的方法
技术领域
本发明涉及化工生产技术领域，特别是涉及一种生产650甜菜碱的方法。
背景技术
甜菜碱的化学名称是三甲基甘氨酸，是一种碱性物质，分子式C5H11NO2,分子量117.15，具有强烈的吸湿性能，所以在制作工艺中经常会使用抗结块剂处理,易吸潮的鳞状或棱状结晶，热至310℃左右分解，味甜。极易溶于水，易溶于甲醇，溶于乙醇，难溶于乙醚。经浓氢氧化钾溶液的分解反应，能生成三甲胺。甜菜碱作为饲料添加剂具有提供甲基供体功能，可节省部分蛋氨酸，具有调节体内渗透压，缓和应激，促进脂肪代谢和蛋白质合成，提高瘦肉率的功能，并能增强抗球虫药的疗效，对畜禽生长发育及胴体品质的影响深远。甜菜碱还广泛应用于食品、医药、日化、印染、化工等领域。
甜菜碱的制备方法有从天然植物的根、茎、叶及果实中提取和化学合成法。前者由于原料来源有限而使其应用推广具有一定的局限性。化学合成方法，即采用氯乙酸、氢氧化钠或者碳酸钠、三甲胺为原料进行中和、胺化反应，采用离子树脂或者膜分离，再干燥处理得到甜菜碱。上述工艺反应不容易控制，容易产生副产物，产品收率低，工艺复杂，耗能大，生产成本高，而且甜菜碱浓缩之后产生母液带来巨大的环保压力。
发明内容
相关技术中，将氯乙酸和三甲胺作为原料在制备甜菜碱(如中国专利CN18440082A)。氯乙酸及氯乙酸钠在强碱性条件下会发生水解、聚合等反应，生成大量副产物，对产品的收率及品质造成极大的影响。另外，需要将反应生成的盐(NaCl)分离出去，处理困难。并且，还要经过多次浓缩，多次降温，工艺复杂重复，耗能大，成本高。
本发明的发明人首先认识和意识到，甜菜碱和氯化钠，均可以作为饲料添加剂使用。因此，当生产的甜菜碱作为饲料添加剂使用时，则无需对副产物氯化钠进行去除。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种生产650甜菜碱的方法，不需要进行浓缩滤盐，也不需要经过电渗析对甜菜碱进行提纯，具有更高的经济性和环保性。
根据本发明实施例的生产650甜菜碱的方法，包括以下步骤：步骤S1：使氯乙酸与氢氧化钠按照摩尔比(1.0～1.2):1、在温度为35℃～60℃和pH值为5～11的条件下进行中和反应，得到氯乙酸钠；步骤S2：使三甲胺与步骤S1得到的氯乙酸钠按照摩尔比1:1、在温度为35℃～70℃、pH值为6～12和压力为-20KPa～70KPa的条件下下进行5h～8h的胺化反应，得到含有甜菜碱、氯化钠和三甲胺的混合物；步骤S3：采用减压蒸馏塔对步骤S2得到的混合物进行精馏分离，分别得到含有三甲胺的轻组分和含有甜菜碱-氯化钠混合物的重组分,所述减压蒸馏塔的压力为-0.07MPa～-0.02MPa，所述减压蒸馏塔的塔顶温度为65℃～85℃，所述减压蒸馏塔的塔底温度为70℃～105℃；步骤4：对步骤S3得到的重组分进行干燥；步骤5：向步骤S4得到的干燥后重组分中添加硬脂酸钙。
有利地，在步骤S4中，对步骤S3得到的重组分依次进行喷雾干燥和流化床干燥。
有利地，所述第一摩尔比为1.03:1，所述第一预定温度为40℃±5℃，所述第一预定pH值为5～7，所述第二预定温度为35℃～46℃，所述第二预定pH值为10～12，所述预定压力为-20KPa～10KPa，所述预定时间为5h～6h。
有利地，所述第一摩尔比为1.1:1，所述第一预定温度为50℃±5℃，所述第一预定pH值为7～9，所述第二预定温度为46℃～58℃，所述第二预定pH值为8～11，所述预定压力为10KPa～40KPa，所述预定时间为6h～7h。
有利地，所述第一摩尔比为1.2:1，所述第一预定温度为55℃±5℃，所述第一预定pH值为9～11，所述第二预定温度为58℃～70℃，所述第二预定pH值为6～9，所述预定压力为40KPa～70KPa，所述预定时间为7h～8h。
根据本发明实施例的650甜菜碱的方法，不需要进行浓缩滤盐，也不需要经过电渗析对甜菜碱进行提纯，直接经过干燥得到产品，而且得到的产品含水分更加少，成本与传统工艺相比要低15％～20％，过量的原料可循环套用，减少了污染和浪费，具有更高的经济性和环保性。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的生产650甜菜碱的方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据附图来详细描述根据本发明实施例的生产650甜菜碱的方法。
如图1所示，根据本发明实施例的生产650甜菜碱的方法，包括以下步骤：
步骤S1：使氯乙酸与氢氧化钠按照摩尔比(1.0～1.2):1、在温度为35℃～60℃和pH值为5～11的条件下进行中和反应，得到氯乙酸钠。
步骤S2：使三甲胺与步骤S1得到的氯乙酸钠按照摩尔比1:1、在温度为35℃～70℃、pH值为6～12和压力为-20KPa～70KPa的条件下下进行5h～8h的胺化反应，得到含有甜菜碱、氯化钠和三甲胺的混合物。
步骤S3：采用减压蒸馏塔对步骤S2得到的混合物进行精馏分离，分别得到含有三甲胺的轻组分和含有甜菜碱-氯化钠混合物的重组分,所述减压蒸馏塔的压力为-0.07MPa～-0.02MPa，所述减压蒸馏塔的塔顶温度为65℃～85℃，所述减压蒸馏塔的塔底温度为70℃～105℃。
步骤4：对步骤S3得到的重组分进行干燥，例如，对步骤S3得到的重组分依次进行喷雾干燥和流化床干燥。
步骤5：向步骤S4得到的干燥后重组分中添加硬脂酸钙。添加硬脂酸钙可以防止甜菜碱-氯化钠混合物结块，增加产品的流散性。
下面通过多个示例来进一步说明根据本发明实施例的生产650甜菜碱的方法。
示例1
将3000kg氯乙酸按6:2.75比例溶于1380kg水中，氯乙酸溶液和氢氧化钠溶液由自控阀门精确计量后按照摩尔比1.03：1两股并流进入反应器，采用连续进出料的工艺进行中和反应，温度控制在45℃±5℃，pH值控制在5～7。此工段氯乙酸钠的收率可达到98％以上。
中和反应后，将三甲胺与氯乙酸钠溶液通过DCS自动化控制按1:1摩尔比进行定点反应。在温度为35℃～46℃、压力为-20KPa～10KPa条件下反应5h～6h，胺化液(含有甜菜碱、氯化钠和三甲胺的混合物)的pH值为10～12。
胺化液在压力为-0.07MPa～-0.02MPa、塔顶温度为65℃～85℃、塔底温度为70℃～105℃的减压蒸馏塔进行分离(含有三甲胺的轻组分由塔顶馏出，含有甜菜碱-氯化钠混合物的重组分由塔底馏出)。重组分(也叫完成液)中测得三甲胺残留115ppm以内，离子色谱检测甜菜碱含量32.33％，氯化物(即氯化钠)含量16.84％。
对含水量为50.83％的完成液直接进行喷雾干燥，水分检测仪测得水分为1.81％，然后经过流化床干燥，并加适量诸如硬脂酸钙等的添加剂，离子色谱检测甜菜碱含量65.14％，水分含量为0.46％。
通过上述方法生产的甜菜碱-氯化钠混合物即可作为饲料添加剂出售。
示例2
将3500kg氯乙酸按6:2.75比例溶于1610kg水中，氯乙酸溶液和氢氧化钠溶液由自控阀门精确计量后按照摩尔比1.1：1两股并流进入反应器，采用连续进出料的工艺进行中和反应，温度控制在50℃±5℃，pH值控制在7～9，此工段氯乙酸钠的收率可达到98％以上。
中和反应后，将将三甲胺与氯乙酸钠溶液通过DCS自动化控制按1:1摩尔比进行定点反应。在温度为46℃～58℃、压力为10KPa～40KPa条件下反应6h～7h，胺化液的pH为8～11。
胺化液在压力为-0.07MPa～-0.02MPa、塔顶温度为65℃～85℃、塔底温度为70℃～105℃的减压蒸馏塔中进行分离。完成液中测得三甲胺残留220ppm以内，离子色谱检测甜菜碱含量33.16％，氯化物含量16.32％。
对含水量为50.52％完成液直接进行喷雾干燥，水分检测仪测得水分为1.76％，然后经过流化床干燥，并加适量添加剂，离子色谱检测甜菜碱含量64.55％，水分含量为0.35％。
通过上述方法生产的甜菜碱-氯化钠混合物即可作为饲料添加剂出售。
示例3
将4000kg氯乙酸按6:2.75比例溶于1840kg水中，氯乙酸溶液和氢氧化钠溶液由自控阀门精确计量后按照摩尔比1.2：1两股并流进入反应器，采用连续进出料的新工艺进行中和反应，温度控制在55℃±5℃，pH值控制在9～11，此工段氯乙酸钠的收率可达到98％以上。
中和反应后，将三甲胺与氯乙酸钠溶液通过DCS自动化控制按1:1摩尔比进行定点反应。在温度为58℃～70℃、压力为40KPa～70KPa条件下反应7h～8h，胺化液的pH为6～9。
胺化液在压力为-0.07MPa～-0.02MPa、塔顶温度为65℃～85℃、塔底温度为70℃～105℃的减压蒸馏塔中进行分离。完成液中测得三甲胺残留降至300ppm以内，离子色谱检测甜菜碱含量34.02％，氯化物含量15.83％。
对含水量为50.15％完成液直接进行喷雾干燥，水分检测仪测得水分为1.62％，然后经过流化床干燥，并加适量添加剂，离子色谱检测甜菜碱含量64.81％，水分含量为0.32％。
通过上述方法生产的甜菜碱-氯化钠混合物即可作为饲料添加剂出售。
由以上多个示例可知，生产得到的甜菜碱-氯化钠混合物中，甜菜碱的含量在65％左右。因此，可将生产得到的“甜菜碱-氯化钠混合物”产品命名为“650甜菜碱”。
根据本发明实施例的生产650甜菜碱的方法，不需要进行浓缩滤盐，也不需要经过电渗析对甜菜碱进行提纯，直接经过喷雾干燥得到甜菜碱-氯化钠混合物产品，而且得到的产品含水分更加少，成本与传统工艺相比要低15％～20％，过量的原料可循环套用，减少了污染和浪费，具有更高的经济性和环保性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种生产650甜菜碱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：使氯乙酸与氢氧化钠按照第一摩尔比为(1.0～1.2):1、在温度为35℃～60℃和pH值为5～11的条件下进行中和反应，得到氯乙酸钠；
步骤S2：使三甲胺与步骤S1得到的氯乙酸钠按照第二摩尔比为1:1、在温度为35℃～70℃、pH值为6～12和压力为-20KPa～70KPa的条件下下进行5h～8h的胺化反应，得到含有甜菜碱、氯化钠和三甲胺的混合物；
步骤S3：采用减压蒸馏塔对步骤S2得到的混合物进行精馏分离，分别得到含有三甲胺的轻组分和含有甜菜碱-氯化钠混合物的重组分,所述减压蒸馏塔的压力为-0.07MPa～-0.02MPa，所述减压蒸馏塔的塔顶温度为65℃～85℃，所述减压蒸馏塔的塔底温度为70℃～105℃；
步骤4：对步骤S3得到的重组分进行干燥；
步骤5：向步骤S4得到的干燥后重组分中添加硬脂酸钙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，对步骤S3得到的重组分依次进行喷雾干燥和流化床干燥。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一摩尔比为1.03:1，所述第一预定温度为40℃±5℃，所述第一预定pH值为5～7，所述第二预定温度为35℃～46℃，所述第二预定pH值为10～12，所述预定压力为-20KPa～10KPa，所述预定时间为5h～6h。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一摩尔比为1.1:1，所述第一预定温度为50℃±5℃，所述第一预定pH值为7～9，所述第二预定温度为46℃～58℃，所述第二预定pH值为8～11，所述预定压力为10KPa～40KPa，所述预定时间为6h～7h。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一摩尔比为1.2:1，所述第一预定温度为55℃±5℃，所述第一预定pH值为9～11，所述第二预定温度为58℃～70℃，所述第二预定pH值为6～9，所述预定压力为40KPa～70KPa，所述预定时间为7h～8h。
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