CN108178738A - 盐酸二甲双胍合成系统及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盐酸二甲双胍合成系统及制备方法。该合成系统包括反应装置，反应装置设置有加料口和反应物料排出口，用于采用熔融法合成盐酸二甲双胍，其中，反应装置的内部设置有螺旋卸料部件，以将盐酸二甲双胍从反应物料排出口排出。将反应原料从加料口加入，螺旋卸料部件能够将反应产物通过螺旋挤压的形式从反应物料排出口排出，从而解决了固体物料的搅拌阻力大，无法进行搅拌的问题。

Description

盐酸二甲双胍合成系统及制备方法

技术领域

本发明涉及有机合成领域，具体而言，涉及一种盐酸二甲双胍合成系统及制备方法。

背景技术

盐酸二甲双胍的合成的方法主要有溶媒法和熔融法，合成路线如下：

1)溶媒法：将双氰胺和盐酸二甲胺按一定的比例混合，加入溶媒(如异戊醇、正戊醇、正己醇和环己醇等)以使上述反应原料溶解。在加热条件下进行反应，反应过程中不断析出固体，待反应结束后，将固液混合物冷却、过滤，得到盐酸二甲双胍的粗品。

在盐酸二甲双胍的大规模生产过程中基本采用溶媒法。因为反应过程中物料状态变化为固相-液相-固相，反应初期物料先溶解，然后反应过程中会不断产生固体。现在的生产设备普遍选用釜式反应器。

釜式反应器合成盐酸二甲双胍过程操作：将一定量的溶剂由进料口注入反应釜内，开启搅拌电机带动搅拌桨转动。之后将盐酸二甲胺、双氰胺按一定的比例由进料口加入反应釜内，完成投料过程。开启导热油循环，加热内部混合液，搅拌一定时间后固体原料溶于溶剂中，随着溶解的不断进行，反应过程中固体不断析出。反应一定时间后，终止反应过程，开启冷却液循环，使固液混合液温度降至一定温度以下，关闭冷却液循环，釜内降压，开启卸料口阀门卸料。卸料完成后进行釜内清洗，清洗合格后关闭卸料阀，进行二次投料。

2)熔融法：把双氰胺和盐酸二甲胺按一定的比例混合，然后通过加热将上述反应原料变成熔融态。反应过程中不断析出固体，待反应结束后，将生成的固体进行冷却、溶解、重结晶、抽滤及干燥，得到白色粉末状盐酸二甲双胍。

此法与溶媒法比，既不需要使用有毒有害的溶剂，又不用考虑溶剂回收、废物处理等问题，且能从源头上消除污染物排放。因此运用熔融反应合成法对工业过程实现绿色化学生产具有重要意义。

现在的小试实验也有部分采用熔融法制取盐酸二甲双胍，此方法与上述的溶媒法唯一的区别是反应无需加入溶剂。亦是采用反应釜，由于没有溶剂，当析出固体后，随着固体的增多，搅拌阻力增大，最后无法搅拌，此时需要停止反应进行降温，然后重复上述操作即可。

现在生产盐酸二甲双胍所采取的为釜式反应器，虽然被广泛应用，但同样也存在一些缺点，如不能够连续化生产和固体物料对搅拌阻力大的问题。当不能够实现连续化生产时，会导致设备间歇操作周期长，设备整体使用率不高；批次产品质量存在差异，产品质量不稳定；设备自动化程度低，人员成本高。当固体物料对搅拌阻力大，会导致搅拌无法运转，进而导致无法卸料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种盐酸二甲双胍合成系统及制备方法，以解决采用熔融法制备盐酸二甲双胍时，固体物料对搅拌阻力大导致无法卸料的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面提供了一种盐酸二甲双胍合成系统，合成系统包括反应装置，反应装置设置有加料口和反应物料排出口，用于采用熔融法合成盐酸二甲双胍，其中，反应装置的内部设置有螺旋卸料部件，以将盐酸二甲双胍从反应物料排出口排出。

进一步地，反应装置为连续化反应装置。

进一步地，反应装置包括：壳体，壳体具有容纳腔；第一螺杆；第二螺杆，第一螺杆和第二螺杆相啮合；及驱动器，驱动器用于驱动第一螺杆和第二螺杆，第一螺杆和第二螺杆均设置在容纳腔内部，反应原料在第一螺杆和第二螺杆的挤压下进行熔融反应并排出。

进一步地，容纳腔的内部设置有分段控温装置，分段控温装置用于沿物料在螺旋卸料部件中的前进方向对容纳腔进行分段控温。

进一步地，合成系统还包括原料供应单元，原料供应单元包括：双氰胺供应装置，双氰胺供应装置设置有双氰胺供应口；盐酸二甲胺供应装置，盐酸二甲胺供应装置设置有盐酸二甲胺供应口；及混合装置，混合装置的入口端分别与双氰胺供应口及盐酸二甲胺供应口相连通，且混合装置的出口端与加料口相连通。

进一步地，合成系统还包括洗料单元，洗料单元包括：有机溶剂供应装置；洗料装置，洗料装置设置有接料口、浆液排出口和有机溶剂入口，接料口与反应物料排出口相连通，有机溶剂入口与有机溶剂供应装置通过有机溶剂输送管路相连通。

进一步地，合成系统还包括：连续分离装置，连续分离装置设置有浆液入口和固相物料排出口，且浆液入口与浆液排出口相连通。

进一步地，反应装置为热熔挤出装置。

进一步地，合成系统还包括自动控制单元，自动控制单元用以实现对合成系统的自动化控制。

本申请的另一方面还提供了一种合成盐酸二甲双胍的制备方法，制备方法中上述合成系统制备盐酸二甲双胍产品。

进一步地，在连续化反应装置中进行盐酸二甲双胍的合成反应，合成反应包括：将反应原料依次进行熔融反应及冷却，得到盐酸二甲双胍。

进一步地，熔融反应的温度为130～190℃；冷却步骤的温度为120～100℃；优选地，熔融反应的温度为150～170℃。

进一步地，制备方法中连续化合成反应的时间为8～100min；优选为20～40min。

应用本发明的技术方案，将反应原料从加料口加入，螺旋卸料部件能够将反应产物通过螺旋挤压的形式从反应物料排出口排出，从而解决了固体物料的搅拌阻力大，无法进行搅拌的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请提供的一种盐酸二甲双胍的合成系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、原料供应单元；11、双氰胺供应装置；12、盐酸二甲胺供应装置；13、混合装置；20、反应装置；30、洗料单元；31、有机溶剂供应装置；32、洗料装置；40、连续分离装置；50、自动控制单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术所描述的，现有的采用熔融法制备盐酸二甲双胍的装置时，固体物料对搅拌阻力大导致无法卸料的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种盐酸二甲双胍合成系统，如图1所示，该合成系统包括反应装置20，反应装置20设置有加料口和反应物料排出口，用于采用熔融法合成盐酸二甲双胍，其中，反应装置20的内部设置有螺旋卸料部件，以将盐酸二甲双胍从所述反应物料排出口排出。

本申请提供的合成系统中反应原料从加料口加入，螺旋卸料部件能够将反应产物通过螺旋挤压的形式从反应物料排出口排出，从而解决了固体物料的搅拌阻力大，无法进行搅拌的问题。

在一种优选的实施方式中，合成系统包括反应装置20，反应装置20为连续化反应装置。将连续化反应装置设置作为反应装置，能够实现连续化合成盐酸二甲双胍产品，并以将所述盐酸二甲双胍产品连续排出。

采用上述合成系统制备盐酸二甲双胍能够在加入反应原料双氰胺和盐酸二甲胺的同时将反应产物排出，实现了反应过程的连续化进行。这有利于保证反应过程工艺条件的稳定性，进而提高了产品品质的稳定性；同时通过螺旋卸料部件还能够降低排料阻力，实现轻松连续化排料的目的。

在一种优选的实施方式中，反应装置20包括壳体、第一螺杆、第二螺杆和驱动器。其中，壳体具有容纳腔，第一螺杆和第二螺杆均设置在上述容纳腔中，反应原料在第一螺杆和第二螺杆的挤压下进行熔融反应并排出。驱动器用于驱动第一螺杆和第二螺杆，且第一螺杆和第二螺杆相啮合。采用第一螺杆和第二螺杆相互啮合的方式能够通过挤出作用将反应产物排出；同时上述螺旋卸料部件还能够提高其对反应产物的搅拌程度，进而使反应原料充分反应，同时加快卸料速度。

在一种优选的实施方式中，反应装置20的容纳腔的内部设置有分段控温装置，该分段控温装置用于沿物料在螺旋卸料部件中的前进方向对容纳腔进行分段控温，以实现使反应物料先进行熔融反应，然后再进行冷却的过程。当上述螺旋卸料部件为螺杆时，即沿螺杆的轴向进行分段控温。

由于盐酸二甲双胍的合成反应是放热反应，因而在容纳腔内设置分段控温装置有利于控制反应温度，以及合成反应的剧烈程度，从而有利于进一步提高反应产物的品质，减小质量差异，并大大缩短了反应时间。

优选地，采用热熔挤出机作为反应装置20。

热熔挤出机可以很好地将反应物料进行混合、控温、输送，将反应原料加入到热熔挤出机的机筒中，可将其加热至熔融状态进行盐酸二甲双胍的合成反应。现有的热熔挤出装置仅是作为挤出装置使用，而本申请创造性地将其作为盐酸二甲双胍的连续化反应装置使用，因为采用螺旋卸料部件(螺杆)推料，扭矩大且运行平缓，所以能更好地解决反应过程中固体物料阻力大的问题，同时由于其能够使原料混合的更加均匀，所以其还有利于缩短反应时间。需要说明的是，通过对热熔机中螺旋卸料部件(螺杆)的排列方式的调整可以实现对“混合”“控温”及“输送”三种功能的任意调整。

本申请提供的合成系统不仅能够实现合成反应的连续化生产，提高产品品质的稳定性，还能够降低排料阻力，实现轻松排料的目的。在一种优选的实施方式中，如图1所示，合成系统还包括原料供应单元10，原料供应单元10包括：双氰胺供应装置11、盐酸二甲胺供应装置12及混合装置13。其中双氰胺供应装置11设置有双氰胺供应口，盐酸二甲胺供应装置12设置有盐酸二甲胺供应口，混合装置13的入口端分别与双氰胺供应口及盐酸二甲胺供应口相连通，且混合装置13的出口端与加料口相连通。

当在产业化批量生产的过程中，由于反应原料的用量较多，为了缩短原料在反应装置中的混合时间，可以通过原料供应单元10先将反应原料进行混合，然后将混合好的原料添加进反应装置20中，从而有利于缩短反应原料在反应装置20中的反应时间，进而提高合成系统的对反应原料的处理能力，提高经济效益。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，合成系统还包括洗料单元30，洗料单元30包括有机溶剂供应装置31和洗料装置32。洗料装置32设置有接料口、浆液排出口和有机溶剂入口，接料口与反应物料排出口相连通，有机溶剂入口与有机溶剂供应装置31通过有机溶剂输送管路相连通。

从反应装置20中排出的反应物料进入洗料装置32中，同时有机溶剂供应装置31向洗料装置32中供应有机溶剂，在有机溶剂的作用下，反应物料中的未反应的原料溶解在有机溶剂中，而反应产物仍以固态的形式存在，从而实现了对反应产物的初级纯化。这不仅有利于降低了反应产物的杂质含量，同时还能够将未反应的反应原料进行回收利用，从而有利于节约成本。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，合成系统还包括连续分离装置40，连续分离装置40设置有浆液入口和固相物料排出口，且浆液入口与浆液排出口相连通。

采用上述洗料单元30能够将反应合成的盐酸二甲双胍进行初步的净化，从洗料装置32中排出的物料经过连续分离装置40将盐酸二甲双胍产品分离出来，得到所需盐酸二甲双胍产品。可以根据需要选择后续过程中是否进行进一步地净化。

优选地，上述连续分离装置40包括带有过滤功能的传送带和用于驱动上述传送带的驱动器。使用过程中，将待分离的物料放在带有过滤功能的传送带上，实现连续化的固液分离过程。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，合成系统还包括自动控制单元50，自动控制单元50用以实现对合成系统的自动化控制。

合成系统中设置自动控制单元50，能够使所有操作指令由自动控制单元50发出，对所有与反应相关的数据进行实时在线监测，根据监测到的数据以实现合成系统的自动进料、卸料、洗料、过滤及烘干等。自动控制系统实现了装置的连续自动化控制，减少了人员的投入成本，降低了人为误操作所带来的安全风险及损失。

为了更好地理解上述盐酸二甲双胍的合成系统，本申请另一方面还提供了一种合成盐酸二甲双胍的制备方法，该制备方法中采用上述合成系统制备盐酸二甲双胍产品。

采用本申请提供的合成系统制备盐酸二甲双胍，螺旋卸料部件能够将反应产物通过螺旋挤压的形式从反应物料排出口排出，从而解决了固体物料的搅拌阻力大，无法进行搅拌的问题。

在一种优选的实施方式中，在连续化反应装置中进行上述合成反应，该合成反应包括：将反应原料依次进行熔融反应及冷却，采用分段控温的操作方式，即先将反应原料进行熔融反应，然后对熔融反应得到的产物进行冷却，得到盐酸二甲双胍。采用分段控温的形式，有利于控制反应过程的激烈程度。优选地，熔融反应的温度为130～190℃；冷却步骤的温度为120～100℃。

熔融反应的温度包括但不限于上述温度范围，而将其限定在上述范围内有利于提高盐酸二甲双胍产品的收率。冷却温度包括但不限于上述温度范围，由于温度的提高有利于反应原料在有机溶剂中的溶解度，因而将冷却步骤的温度限定在上述范围内，有利于提高后续洗料步骤中未反应的反应原料的溶解率，从而提高盐酸二甲双胍的净化程度。

更优选地，熔融反应的温度为150～170℃。

通常采用间歇式反应釜合成盐酸二甲双胍时，反应时间通常为数小时。而采用本申请提供的制备方法，上述制备方法中，连续化合成反应的反应时间为8～100min。本申请中提到的连续化合成反应的时间为熔融反应的时间和冷却时间的总时间。更优选为20～40min。

连续化合成反应的反应时间包括但不限上述范围，而将其限定在上述范围内就能够使反应原料反应地较为充分，达到较高原料转化率。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1至6中采用如图1所示的合成系统合成盐酸二甲双胍。

实施例1

按摩尔数比为1:1.2，将双氰胺和盐酸二甲胺加入原料供应单元10中，并进行均匀混合。

将混合好的反应原料输送至反应装置20(热熔挤出机，连续化反应装置)中。在反应装置20中经过加热段使上述反应物料变成熔融态，在螺旋卸料部件(相互啮合的螺杆)的推动下前移并进行熔融反应，随着反应的进行开始生成固体，至全部形成固体；熔融反应的温度为150℃，反应时间为40min。然后上述固体经过冷却段降温至110℃，由于螺杆扭矩大且运转平缓，可以很好的推动设备中的固体物料，并从反应装置20中排出。

上述制备方法得到的盐酸二甲双胍的收率为93.02wt％，纯度为97.53wt％。

实施例2

与实施例1的区别为：熔融反应的温度为170℃，反应时间为30min。

制得的盐酸二甲双胍的收率为95.58wt％，纯度为98.31wt％。

实施例3

与实施例1的区别为：熔融反应的温度为130℃，反应时间为30min。

制得的盐酸二甲双胍的收率为78.15wt％，纯度为80.31wt％。

实施例4

与实施例1的区别为：熔融反应的反应时间为5min。

制得的盐酸二甲双胍的收率为51.43wt％，纯度为60.18wt％。

实施例5

与实施例1的区别为：反应装置20为间歇式反应釜，反应釜的排料口与螺杆挤出装置的入口相连通，上述螺杆挤出装置中含有相互啮合的螺杆，且螺杆的轴向方向与间歇式反应釜的轴向垂直，合成反应时间为2h。

制得的盐酸二甲双胍的收率为92.44wt％，纯度为96.52wt％。

实施例6

与实施例1的区别为：反应装置20为间歇式反应釜，反应釜的排料口与螺杆挤出装置的入口相连通，上述螺杆挤出装置中含有相互啮合的螺杆，且螺杆的轴向方向与间歇式反应釜的轴向平行，合成反应的反应时间为2h。

制得的盐酸二甲双胍的收率为90.02wt％，纯度为95.12wt％。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

比较实施例1至6可知，相比于间歇式反应釜，在保证产品纯度和收率的情况下，采用本申请提供的合成系统制备盐酸二甲双胍能够大大缩减反应的时间。

比较实施例1至4可知，将熔融反应的反应温度和反应时间限定在本申请优选的范围内有利于提高产品的收率和纯度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种盐酸二甲双胍合成系统，其特征在于，所述合成系统包括反应装置(20)，所述反应装置(20)设置有加料口和反应物料排出口，用于采用熔融法合成所述盐酸二甲双胍，其中，所述反应装置(20)的内部设置有螺旋卸料部件，以将所述盐酸二甲双胍从所述反应物料排出口排出。

2.根据权利要求1所述的合成系统，其特征在于，所述反应装置(20)为连续化反应装置。

3.根据权利要求1或2所述的合成系统，其特征在于，所述反应装置(20)包括：

壳体，所述壳体具有容纳腔；

第一螺杆；

第二螺杆，所述第一螺杆和所述第二螺杆相啮合；及

驱动器，所述驱动器用于驱动所述第一螺杆和所述第二螺杆，所述第一螺杆和所述第二螺杆均设置在所述容纳腔内部，反应原料在所述第一螺杆和所述第二螺杆的挤压下进行熔融反应并排出。

4.根据权利要求3所述的合成系统，其特征在于，所述容纳腔的内部设置有分段控温装置，所述分段控温装置用于沿物料在所述螺旋卸料部件中的前进方向对所述容纳腔进行分段控温。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的合成系统，其特征在于，所述合成系统还包括原料供应单元(10)，所述原料供应单元(10)包括：

双氰胺供应装置(11)，所述双氰胺供应装置(11)设置有双氰胺供应口；

盐酸二甲胺供应装置(12)，所述盐酸二甲胺供应装置(12)设置有盐酸二甲胺供应口；及

混合装置(13)，所述混合装置(13)的入口端分别与所述双氰胺供应口及所述盐酸二甲胺供应口相连通，且所述混合装置(13)的出口端与所述加料口相连通。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的合成系统，其特征在于，所述合成系统还包括洗料单元(30)，所述洗料单元(30)包括：

有机溶剂供应装置(31)；

洗料装置(32)，所述洗料装置(32)设置有接料口、浆液排出口和有机溶剂入口，所述接料口与所述反应物料排出口相连通，所述有机溶剂入口与所述有机溶剂供应装置(31)通过有机溶剂输送管路相连通。

7.根据权利要求6所述的合成系统，其特征在于，所述合成系统还包括：

连续分离装置(40)，所述连续分离装置(40)设置有浆液入口和固相物料排出口，且所述浆液入口与所述浆液排出口相连通。

8.根据权利要求1所述的合成系统，其特征在于，所述反应装置(20)为热熔挤出装置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的合成系统，其特征在于，所述合成系统还包括自动控制单元(50)，所述自动控制单元(50)用以实现对所述合成系统的自动化控制。

10.一种合成盐酸二甲双胍的制备方法，其特征在于，所述制备方法中采用权利要求1至9中任一项所述的合成系统制备所述盐酸二甲双胍。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在连续化反应装置中进行所述盐酸二甲双胍的合成反应，所述合成反应包括：将反应原料依次进行熔融反应及冷却，得到所述盐酸二甲双胍。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述熔融反应的温度为130～190℃；所述冷却步骤的温度为120～100℃；

优选地，所述熔融反应的温度为150～170℃。

13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法中连续化合成反应的时间为8～100min；优选为20～40min。