CN107879983B - 一种甲硝唑合成装置及应用该装置的甲硝唑合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种甲硝唑合成装置及应用该装置的甲硝唑合成方法。该装置包括精馏塔、反应釜、醇贮罐、冷凝器、酯贮罐。该合成方法实现了甲硝唑合成过程中乙二醇的循环套用。本发明的有益效果是：实现了甲硝唑合成过程中乙二醇的循环套用，节约了资源，同时保证了合成过程的连续性，溶剂循环用、设备投资少。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域，尤其涉及一种甲硝唑合成装置及应用该装置的甲硝唑合成方法。
背景技术
甲硝唑为白色或微黄色的结晶或结晶性粉末，用于治疗肠道和肠外阿米巴病(如阿米巴肝脓肿、胸膜阿米巴病等)。还可用于治疗阴道滴虫病、小袋虫病和皮肤利什曼病、麦地那龙线虫感染等。目前还广泛用于厌氧菌感染的治疗，被世界卫生组织(WHO)作为抗厌氧菌的首选药物。
合成甲硝唑的现行工艺是将2-甲基-5-硝基咪唑溶解于甲酸中，在30-40℃逐次加入环氧乙烷，并在加料中间添加硫酸。加毕，反应1h得羟化液。用氢氧化钠溶液，将羟化液调至pH＝10,放置冷却，结晶，过滤，得甲硝唑。
本人申请的发明专利一种在甲硝唑生产过程中回收利用甲酸溶剂的装置(201610203339.7)，先向羟化液中加入甲醇，发生酯化反应，蒸馏得甲酸酯；再向蒸残液中加入氢氧化钠溶液调至pH＝10,放置冷却，结晶，过滤,得甲硝唑；然后蒸发滤液中水份，放置冷却，结晶，过滤，得硫酸钠；最后减压蒸馏，得乙二醇及其醚等副产物。但目前乙二醇及其醚等副产物只能作燃料，价值不大，有的企业直接排放。回收的甲酸甲酯也只能低价出售。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种甲硝唑合成装置及应用该装置的甲硝唑合成方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种甲硝唑合成装置，其特征在于，包括，
精馏塔(10)，其下部设有蒸汽入口和精馏液排出口，其上部设有精馏汽排出口；
反应釜(20)，其上端管道连接所述蒸汽入口；
醇贮罐(30)，其上部通过重组分出口管(31)连接所述精馏液排出口，其下部通过重组分回流管(32)连接所述反应釜(20)，所述重组分回流管(32)上设置有重组分回流阀(33)；
冷凝器(40)，其进口端管道连接所述精馏汽排出口，冷凝器(40)上设置有回流比控制器(41)；
酯贮罐(50)，其上端管道连接所述冷凝器(40)的出口端，其下端通过轻组分回流管(51)连接所述反应釜(20)，所述轻组分回流管(51)上设置有轻组分回流阀(52)。
进一步，所述反应釜(20)上设有投料口，所述投料口由密封装置密封。
再进一步，所述密封装置为胶塞。
一种应用所述装置的甲硝唑合成方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加浓硫酸或甲酸，进行酯交换反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤2)：待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点时，关闭轻组分回流阀(52),待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点以上时，通入环氧乙烷，同时添加浓硫酸，反应1h得羟化液，保温放置6至12小时；
步骤3)：打开重组分回流阀(33)，将醇贮罐(30)中的低碳醇加入反应釜(20)中，再蒸馏，蒸出的蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中重组份的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口经醇贮罐(30)，回流到反应釜(20)；轻组份甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)，流入酯贮罐(50)；
步骤4)：待反应釜(20)温度升到低碳醇沸点时，继续加热，蒸出残余的低碳醇至醇贮罐(30)，反应釜(20)温度继续升高到高于低碳醇沸点时，即时关闭重组分回流阀(33)，停止蒸馏；
步骤5)：待步骤4)蒸残液冷却至10℃，用碱金属氢氧化物溶液调至pH＝10，放置冷却，结晶，过滤，得甲硝唑；
步骤6)：将步骤5)中得到的滤液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤，得碱金属硫酸盐固体产品；
步骤7)：将步骤6)中得到的滤液减压蒸馏，得到的乙二醇副产物；
步骤8)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、步骤7)得到的乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加浓硫酸或甲酸，进行酯化反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤9)：按步骤2)至步骤8)循环操作。
进一步，步骤2)中，通入环氧乙烷前，若有2-甲基-5-硝基咪唑未溶解，滴加甲酸溶剂使其全部溶解。
进一步，所述甲酸低碳醇酯为甲酸甲酯，所述低碳醇为甲醇。
进一步，步骤5)中所述碱金属氢氧化物溶液为氢氧化钠溶液，步骤6)中碱金属硫酸盐为硫酸钠。
本发明的有益效果是：实现了甲硝唑合成过程中乙二醇的循环套用，节约了资源，同时保证了合成过程的连续性，溶剂循环用、设备投资少。
附图说明
图1是一种甲硝唑合成装置的示意图。
附图标记：10-精馏塔；20-反应釜；30-醇贮罐；31-重组分出口管；32-重组分回流管；33-重组分回流阀；40-冷凝器；41-回流比控制器；50-酯贮罐；51-轻组分回流管；52-轻组分回流阀。
具体实施方式
如图1所示，一种甲硝唑合成装置，其特征在于，包括，
精馏塔(10)，其下部设有蒸汽入口和精馏液排出口，其上部设有精馏汽排出口；
反应釜(20)，其上端管道连接所述蒸汽入口；
醇贮罐(30)，其上部通过重组分出口管(31)连接所述精馏液排出口，其下部通过重组分回流管(32)连接所述反应釜(20)，所述重组分回流管(32)上设置有重组分回流阀(33)；
冷凝器(40)，其进口端管道连接所述精馏汽排出口，冷凝器(40)上设置有回流比控制器(41)；
酯贮罐(50)，其上端管道连接所述冷凝器(40)的出口端，其下端通过轻组分回流管(51)连接所述反应釜(20)，所述轻组分回流管(51)上设置有轻组分回流阀(52)。
所述反应釜(20)上设有投料口，所述投料口由密封装置密封。投料口便于向反应釜20内加入反应物或助剂。
所述密封装置为胶塞。
下面说明一种应用所述甲硝唑合成装置的甲硝唑合成方法。
实施例1
步骤1)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加85％甲酸，进行酯交换反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤2)：待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点时，关闭轻组分回流阀(52),待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点以上时，通入环氧乙烷，同时添加浓度98％以上的浓硫酸，反应1h得羟化液，保温放置6至12小时；
步骤3)：打开重组分回流阀(33)，将醇贮罐(30)中的低碳醇加入反应釜(20)中，再蒸馏，蒸出的蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中重组份的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口经醇贮罐(30)，回流到反应釜(20)；轻组份甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)，流入酯贮罐(50)；
步骤4)：待反应釜(20)温度升到低碳醇沸点时，继续加热，蒸出残余的低碳醇至醇贮罐(30)，反应釜(20)温度继续升高到高于低碳醇沸点时，即时关闭重组分回流阀(33)，停止蒸馏；
步骤5)：待步骤4)蒸残液冷却至10℃，用氢氧化钠溶液调至pH＝10，放置冷却，结晶，过滤，得甲硝唑；
步骤6)：将步骤5)中得到的滤液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤，得硫酸钠固体产品；
步骤7)：将步骤6)中得到的滤液减压蒸馏，得到的乙二醇副产物；
步骤8)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、步骤7)得到的乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加浓硫酸或甲酸，进行酯化反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤9)：按步骤2)至步骤8)循环操作。
实施例2
步骤1)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加浓硫酸，进行酯交换反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤2)：待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点时，关闭轻组分回流阀(52),待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点以上时，通入环氧乙烷，同时添加浓度98％的浓硫酸，反应1h得羟化液，保温放置6至12小时；
步骤3)：打开重组分回流阀(33)，将醇贮罐(30)中的低碳醇加入反应釜(20)中，再蒸馏，蒸出的蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中重组份的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口经醇贮罐(30)，回流到反应釜(20)；轻组份甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)，流入酯贮罐(50)；
步骤4)：待反应釜(20)温度升到低碳醇沸点时，继续加热，蒸出残余的低碳醇至醇贮罐(30)，反应釜(20)温度继续升高到高于低碳醇沸点时，即时关闭重组分回流阀(33)，停止蒸馏；
步骤5)：待步骤4)蒸残液冷却至10℃，用氢氧化钠溶液调至pH＝10，放置冷却，结晶，过滤，得甲硝唑；
步骤6)：将步骤5)中得到的滤液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤，得硫酸钠固体产品；
步骤7)：将步骤6)中得到的滤液减压蒸馏，得到的乙二醇副产物；
步骤8)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、步骤7)得到的乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加浓硫酸或甲酸，进行酯化反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤9)：按步骤2)至步骤8)循环操作。
实施例3
步骤1)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加98％浓硫酸，进行酯交换反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤2)：待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点时，关闭轻组分回流阀(52),待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点以上时，通入环氧乙烷，同时添加浓硫酸，反应1h得羟化液，保温放置6至12小时；
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步骤4)：待反应釜(20)温度升到低碳醇沸点时，继续加热，蒸出残余的低碳醇至醇贮罐(30)，反应釜(20)温度继续升高到高于低碳醇沸点时，即时关闭重组分回流阀(33)，停止蒸馏；
步骤5)：待步骤4)蒸残液冷却至10℃，用氢氧化钠溶液调至pH＝10，放置冷却，结晶，过滤，得甲硝唑；
步骤6)：将步骤5)中得到的滤液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤，得硫酸钠固体产品；
步骤7)：将步骤6)中得到的滤液减压蒸馏，得到的乙二醇副产物；
步骤8)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、步骤7)得到的乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加浓硫酸或甲酸，进行酯化反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤9)：按步骤2)至步骤8)循环操作。
Claims (5)
1.一种应用甲硝唑合成装置的甲硝唑合成方法，其特征在于，
所述甲硝唑合成装置包括：
精馏塔(10)，其下部设有蒸汽入口和精馏液排出口，其上部设有精馏汽排出口；
反应釜(20)，其上端管道连接所述蒸汽入口；
醇贮罐(30)，其上部通过重组分出口管(31)连接所述精馏液排出口，其下部通过重组分回流管(32)连接所述反应釜(20)，所述重组分回流管(32)上设置有重组分回流阀(33)；
冷凝器(40)，其进口端管道连接所述精馏汽排出口，冷凝器(40)上设置有回流比控制器(41)；
酯贮罐(50)，其上端管道连接所述冷凝器(40)的出口端，其下端通过轻组分回流管(51)连接所述反应釜(20)，所述轻组分回流管(51)上设置有轻组分回流阀(52)；
所述甲硝唑合成方法包括如下步骤：
步骤1)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加浓硫酸或甲酸，进行酯交换反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤2)：待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点时，关闭轻组分回流阀(52),待反应釜(20)温度升高到低碳醇沸点以上时，通入环氧乙烷，同时添加浓硫酸，反应1h得羟化液，保温放置6至12小时；
步骤3)：打开重组分回流阀(33)，将醇贮罐(30)中的低碳醇加入反应釜(20)中，再蒸馏，蒸出的蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中重组份的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口经醇贮罐(30)，回流到反应釜(20)；轻组份甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)，流入酯贮罐(50)；
步骤4)：待反应釜(20)温度升到低碳醇沸点时，继续加热，蒸出残余的低碳醇至醇贮罐(30)，反应釜(20)温度继续升高到高于低碳醇沸点时，即时关闭重组分回流阀(33)，停止蒸馏；
步骤5)：待步骤4)蒸残液冷却至10℃，用碱金属氢氧化物溶液调至pH＝10，放置冷却，结晶，过滤，得甲硝唑；
步骤6)：将步骤5)中得到的滤液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤，得碱金属硫酸盐固体产品；
步骤7)：将步骤6)中得到的滤液减压蒸馏，得到的乙二醇副产物；
步骤8)：打开轻组分回流阀(52)，关闭重组分回流阀(33)，将甲酸低碳醇酯、步骤7)得到的乙二醇和2-甲基-5-硝基咪唑加入反应釜(20)中，搅拌，滴加浓硫酸或甲酸，进行酯化反应生成低碳醇和甲酸乙二醇酯，加热蒸馏，蒸汽进入精馏塔(10)精馏分离，其中轻组分的甲酸低碳醇酯从精馏塔(10)上部的精馏汽排出口经冷凝器(40)、酯贮罐(50)，回流到反应釜(20)；重组分的低碳醇从精馏塔(10)下部的精馏液排出口流入醇贮罐(30)；
步骤9)：按步骤2)至步骤8)循环操作；
所述甲酸低碳醇酯为甲酸甲酯，所述低碳醇为甲醇。
2.根据权利要求1所述的应用甲硝唑合成装置的甲硝唑合成方法，其特征在于，所述反应釜(20)上设有投料口，所述投料口由密封装置密封。
3.根据权利要求2所述的应用甲硝唑合成装置的甲硝唑合成方法，其特征在于，所述密封装置为胶塞。
4.根据权利要求1所述的应用甲硝唑合成装置的甲硝唑合成方法，其特征在于，步骤2)中，通入环氧乙烷前，若有2-甲基-5-硝基咪唑未溶解，滴加甲酸溶剂使其全部溶解。
5.根据权利要求1所述的应用甲硝唑合成装置的甲硝唑合成方法，其特征在于，步骤5)中所述碱金属氢氧化物溶液为氢氧化钠溶液，步骤6)中碱金属硫酸盐为硫酸钠。
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