CN107698502B - 一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由3‑氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，实现了3‑氰基吡啶水解生产烟酰胺的连续化,3‑氰基吡啶转化率可达95%。该工艺主要采用了流化床催化水解反应器，在分布板上方密相段底部设有失活催化剂过滤排出及滤液回路，在稀相段设有新鲜催化剂储罐及用于添加催化剂的阀门。流化床催化水解反应器实现了生产连续化，反应器出口循环回路的设置增大了原料的停留时间可以在连续化生产中达到较高的转化率，催化剂更换旁路可以在稳定的操作环境下实现了催化剂更换的连续化，避免了因催化剂失活导致停车。
Description
技术领域
本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法。
背景技术
烟酰胺是一种水溶性的维生素 B3的衍生物，在生物氧化呼吸链中起着传递氢原子的作用，可以促进生物氧化和组织的新陈代谢，对维持皮肤、消化道和神经系统的完整性具有重要作用。此外，烟酰胺可作为饲料中的添加剂、医药中间体和在食品中作为营养强化剂来预防糙皮病和心血管疾病，当今社会十分重要的一种食品添加剂。
目前，烟酰胺合成工艺主要分为三步：1）环化将链式有机物分子环化成一个含有甲基的吡啶环；2）甲基氧化将含有甲基的吡啶环上的甲基氧化为氰基，得氰基吡啶；3）3-氰基吡啶水解氰基吡啶上的氰基水解为酰胺基，其中第三步3-氰基吡啶水解主要有化学法和微生化法，此外3-氰基吡啶也有用氨水在加压的条件下进行水解也能得到烟酰胺。
传统化学法是在酸碱等催化剂的作用下催化3-氰基吡啶水解为烟酰胺。此法生产烟酰胺多采用间歇釜，操作费用大生产周期长，产品质量不稳定。每生产一吨烟酰胺,需使用180kg NaOH作为催化剂, 反应器出口为混合物后期分离困难且耗能大，对生态和生产环境造成很大污染。
生物法是用氰基吡啶在菌种的存在下,进行反应得到烟酰胺。微生物法虽然产品纯度高，但为间歇生产工艺且操作条件复杂不易控制，菌种易变质,从而影响反应和产品质量。
综上所述，氨氧化法生产烟酰胺时需使用大量液氨,给安全生产带来诸多隐患；而现有的化学法和生物法均为间歇操作。化学法分离困难、能耗高，环境污染大；微生物法操作条件不易控制产品质量不稳定。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，它实现了3-氰基吡啶水解生产烟酰胺的连续化，3-氰基吡啶转化率可达95%以上。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于原料3-氰基吡啶水解液先经第二离心泵处理，再进入换热器预热，预热后的原料进入液固流化床反应器，催化剂储罐的催化剂也加入液固流化床反应器中，在催化剂作用下3-氰基吡啶水发生水解反应，水解后的反应液分为两股：一股进入回流管路作为回流液，在第三离心泵的作用下和换热器出口的新鲜原料混合，重新进入液固流化床反应器内反应；另一股作为产品经去过滤工段进行后处理，液固流化床反应中部催化剂段设有催化剂更换系统，催化剂更换系统将液固流化床反应器内催化活性低的催化剂排出，同时经催化剂储罐加入新鲜催化剂进入液固流化床反应器，确保3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺催化剂的活性。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于换热器将原料温度预热至105-110℃，优选为107℃，液固流化床反应器内温度控制在110℃-120℃。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于液固流化床反应器上设有分布板，在分布板上方密相段底部设有失活催化剂过滤排出及滤液回路，在稀相段设有新鲜催化剂储罐及用于添加催化剂的阀门。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于催化剂更换系统设置在密相段，包括离心过滤机及第一离心泵，离心过滤机进口连接液固流化床反应器密相段的催化剂出口，离心过滤机出口连接第一离心泵，通过第一离心泵将离心过滤机出口的液体与换热器出口的新鲜原料混合后进入液固流化床反应器。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于每个连接管路上均设有控制阀。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于水解后的反应液分为两股，回流液与产品的流量比为0.4-0.25，优选为0.32。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于催化剂更换系统在液固流化床反应器连续工作30h-50h小时之后开始更换，优选连续工作时间为40h，催化剂更换频率为每隔一小时更换一次。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于催化剂更换时，开启第一离心泵，阀门全开，催化剂更换回路运行5分钟，排出的催化剂为加入量的5%-13%。
所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,其特征在于催化剂更换系统中，更换的催化剂量为液固流化床反应器内催化剂总质量的5%-15%，优选为13%。
本发明的原料3-氰基吡啶水解液经过换热器预热，进入液固流化床反应器进行水解反应，水解后的反应液分为两股：一股作为回流液经回流管路和未反应的新鲜原料液混合，进入液固流化床反应器反应；另一股作为产品经过滤，进入分离单元。
液固流化床反应器分布板上方，根据流化床内催化剂分布状况可以分为密相段和稀相段。催化剂更换系统的低效催化剂分离系统设置在液固流化床反应器的密相段，定期分离过滤催化活性低的催化剂；催化剂更换系统的新鲜催化剂补充系统设置在液固流化床反应器的稀相段，完成反应体系催化剂的补充。
通过采用上述技术，本发明采用连续化操作，通过回流操作、催化剂更换系统，确保液固流化床反应器体系内催化剂的活性，控制反应器内体系的流化状态，保证了3-氰基吡啶连续化水解操作稳定性，确保产品质量。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中：1-第一离心泵，2-第二离心泵，3-换热器，4-液固流化床反应器，5-催化剂储罐，6-离心过滤机，7-第三离心泵。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案及效果更加明晰，通过以下实例对方案进行进一步说明。本发明描述的具体实例仅用于解释本发明，不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法,原料3-氰基吡啶水解液先经第二离心泵2加压，再进入换热器3预热，预热后的原料进入液固流化床反应器4，催化剂储罐5的催化剂也加入液固流化床反应器4中，在催化剂作用下3-氰基吡啶水发生水解反应，水解后的反应液分为两股：一股进入回流管路作为回流液，在第三离心泵7的作用下和换热器3出口的新鲜原料混合，重新进入液固流化床反应器4内反应；另一股作为产品经去过滤工段进行后处理，液固流化床反应器4中部催化剂段设有催化剂更换系统，催化剂更换系统将液固流化床反应器4内催化活性低的催化剂排出，同时经催化剂储罐5加入新鲜催化剂进入液固流化床反应器4，确保3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺催化剂的活性，该催化剂更换系统包括离心过滤机6及第一离心泵1，离心过滤机6进口连接液固流化床反应器4的催化剂出口，离心过滤机6出口连接第一离心泵1，通过第一离心泵1将离心过滤机6出口的液体与换热器3出口的新鲜原料混合后进入液固流化床反应器4。
为了便于控制每个管路的流量，本发明在每个连接管路上均设有控制阀。
本发明的催化剂更换系统一次更换的催化剂量为液固流化床反应器4内催化剂总量的13%；催化剂更换系统在液固流化床反应器（4）连续工作4h之后开始更换。
本发明以下实施例中所用设备工艺参数如下：所用的液固流化床反应器4的直径为600mm，高3000mm，床层内液体表观流速0.0105m/s所使用的二氧化锰催化剂颗粒直径为0.02mm，催化剂装填量约占反应器体积的20%，回流比3:7。
实施例1
3-氰基吡啶质量浓度为26%的混合溶液通过泵经换热器加热至107℃后进入流化床反应器进料速度2.5L/S。首先开启泵七进行外循环约1.5h，反应器内烟酰胺含量约为0.837mol/L，此时开启出口阀门，调节出口与循环的两阀门控制循环比至1:4。稳定的操作条件下取样测量烟酰胺含量约在0.82左右，3-氰基吡啶转化率约为91%。催化剂使用寿命约为50小时，反应进行30小时后每隔一小时开启催化剂过滤排出及滤液回流回路约5分钟，同时利用催化剂装填部件加入60kg催化剂。
实施例2
3-氰基吡啶质量浓度为26%的混合溶液通过泵经换热器加热至107℃后进入流化床反应器进料速度2.5L/S。首先开启泵七进行外循环约1.5h，反应器内烟酰胺含量约为0.89mol/L，此时开启出口阀门，调节出口与循环的两阀门控制循环比至8:25。稳定的操作条件下取样测量烟酰胺含量约在0.86左右，3-氰基吡啶转化率约为95%。
Claims (10)
1.一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于
原料3-氰基吡啶水解液先经第二离心泵（2）处理，再进入换热器（3）预热，预热后的原料进入液固流化床反应器（4），催化剂储罐（5）的催化剂也加入液固流化床反应器（4）中，在催化剂作用下3-氰基吡啶水发生水解反应，水解后的反应液分为两股：一股进入回流管路作为回流液，在第三离心泵（7）的作用下和换热器（3）出口的新鲜原料混合，重新进入液固流化床反应器（4）内反应；另一股作为产品经去过滤工段进行后处理，液固流化床反应器（4）中部催化剂段设有催化剂更换系统，催化剂更换系统将液固流化床反应器（4）内催化活性低的催化剂排出，同时经催化剂储罐（5）加入新鲜催化剂进入液固流化床反应器（4），确保3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺催化剂的活性；
所述换热器（3）将原料温度预热至105-110℃，液固流化床反应器（4）内温度控制在110℃-120℃；
所述液固流化床反应器（4）上设有分布板，在分布板上方密相段底部设有失活催化剂过滤排出及滤液回路，在稀相段设有新鲜催化剂储罐及用于添加催化剂的阀门，催化剂更换系统设置在密相段，包括离心过滤机（6）及第一离心泵（1），离心过滤机（6）进口连接液固流化床反应器（4）密相段的催化剂出口，离心过滤机（6）出口连接第一离心泵（1），通过第一离心泵（1）将离心过滤机（6）出口的液体与换热器（3）出口的新鲜原料混合后进入液固流化床反应器（4）。
2.根据权利要求1所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于换热器（3）将原料温度预热至107℃。
3.根据权利要求1所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于每个连接管路上均设有控制阀。
4.根据权利要求1所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于水解后的反应液分为两股，回流液与产品的流量比为0.4-0.25。
5.根据权利要求1所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于催化剂更换系统在液固流化床反应器（4）连续工作30h-50h小时之后开始更换，催化剂更换频率为每隔一小时更换一次。
6.根据权利要求5所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于催化剂更换时，开启第一离心泵（1），阀门全开，催化剂更换回路运行5分钟，排出的催化剂为加入量的5%-13%。
7.根据权利要求5所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于催化剂更换系统中，更换的催化剂量为液固流化床反应器（4）内催化剂总质量的5%-15%。
8.根据权利要求1所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于水解后的反应液分为两股，回流液与产品的流量比为0.32。
9.根据权利要求1所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于催化剂更换系统在液固流化床反应器（4）连续工作40h小时之后开始更换。
10.根据权利要求5所述的一种由3-氰基吡啶连续化水解生产烟酰胺的方法，其特征在于催化剂更换系统中，更换的催化剂量为液固流化床反应器（4）内催化剂总质量的13%。
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