CN109942448A - 一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其包括：采用蒸汽机械再压缩技术对甘氨酸水溶液进行蒸发浓缩得到浓缩液，所述甘氨酸水溶液是由羟基乙腈与氨源和碳源依次经合成与水解反应后得到；对所述浓缩液进行结晶提纯提到甘氨酸晶体和结晶母液；对所述甘氨酸晶体进行重结晶提纯得到甘氨酸产品和重结晶母液；将所述结晶母液和重结晶母液循环至水解反应釜，与合成反应液一同水解。该后处理工艺蒸发浓缩过程中无需耗费生蒸汽，且通过循环结晶母液和重结晶母液至水解反应釜继续水解，可以降低甘氨酸的损失和提高甘氨酸的品质。
Description
技术领域
本发明涉及精细化工领域，特别涉及一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺。
背景技术
甘氨酸(Glycine)又名氨基乙酸，化学式为C2H5NO2，其作为重要的精细化工中间体，被广泛应用在农药、医药、食品、饲料剂及化妆品等领域。甘氨酸合成工艺主要有氯乙酸氨解法、Strecker(施特雷克)法、以及Hydantion(海因)法。其中，海因法是羟基乙腈与氨源和碳源在一定温度和压力下经合成与水解反应得到甘氨酸。该方法具有原子利用率高、产品质量高、清洁环保等优势，极具应用前景。
海因在高温水解过程和浓缩结晶与重结晶过程，会形成海因酸、海因酸酰胺、甘氨酰胺、甘氨酸二肽、多肽和2,5-二酮哌嗪等副产物，这些副产物的存在将影响甘氨酸的品质和收率，且在甘氨酸水溶液蒸发浓缩过程中也会耗费大量生蒸汽。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，以提高甘氨酸的品质和收率，并降低生蒸汽耗费。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其包括以下步骤：
步骤a、采用蒸汽机械再压缩技术对甘氨酸水溶液进行蒸发浓缩得到浓缩液，所述甘氨酸水溶液是由羟基乙腈与氨源和碳源依次经合成与水解反应后得到；
步骤b、对所述浓缩液进行结晶提纯提到甘氨酸晶体和结晶母液；
步骤c、对所述甘氨酸晶体进行重结晶提纯得到甘氨酸产品和重结晶母液；
步骤d、将所述结晶母液和重结晶母液循环至水解反应釜，与合成反应液一同水解。
进一步地，步骤a中，蒸发温度为60℃～80℃，处理时间为1h～3h，且为真空蒸发。
进一步地，步骤b具体为：将所述浓缩液依次经过结晶、离心分离得到甘氨酸晶体和结晶母液。
进一步地，步骤b中，结晶过程中温度为5℃～20℃，转速为25r/min～60r/min，降温时间为1h～3h；离心过程中转速为800r/min～1200r/min。
进一步地，步骤c具体为：将甘氨酸晶体溶于去离子水后进行活性炭脱色，然后依次经过滤、重结晶、分离、洗涤、抽滤、干燥，得到甘氨酸产品。
进一步地，步骤c中所述将甘氨酸晶体溶于去离子水后进行活性炭脱色中具体为：将甘氨酸晶体溶于去离子水中，加入活性炭在60℃～85℃进行脱色，甘氨酸晶体与去离子水的配比为30g/100mL～50g/100mL，活性炭用量为0.1g/100g甘氨酸～1g/100g甘氨酸，脱色时间为0.5h～1h，转速为35r/min～70r/min。
进一步地，步骤c重结晶过程中：温度为5℃～15℃，转速为20r/min～50r/min，降温时间为1h～3h。
进一步地，步骤c中，分离的离心转速为1000r/min～1400r/min。
进一步地，步骤c中：洗涤液为8℃～12℃的无水乙醇，抽滤采用真空泵，洗涤液循环使用。
进一步地，步骤c干燥过程中：干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为1h～3h，且为真空干燥。
本发明提供一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，该工艺是先采用蒸汽机械再压缩技术进行蒸发浓缩，无需耗费生蒸汽；然后经过结晶提纯和重结晶提纯提高产品纯度；最后提纯过程中产生的结晶母液和重结晶母液循环至水解反应釜，与合成反应液一同水解，可以降低甘氨酸的损失和并进一步提高甘氨酸的品质和收率。实验证明，采用本发明提供的工艺，产品纯度达到98％以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺的流程示意图。
图2为本发明另一优选实施例提供的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺的流程示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其包括以下步骤：
步骤a、采用蒸汽机械再压缩技术对甘氨酸水溶液进行蒸发浓缩得到浓缩液，所述甘氨酸水溶液是由羟基乙腈与氨源和碳源依次经合成与水解反应后得到；
步骤b、对所述浓缩液进行结晶提纯提到甘氨酸晶体和结晶母液；
步骤c、对所述甘氨酸晶体进行重结晶提纯得到甘氨酸产品；
步骤d、将所述结晶母液和重结晶母液循环至水解反应釜，与合成反应液一同水解。
图1示出了发明提供的甘氨酸的后处理工艺的流程。本发明提供的甘氨酸的后处理工艺是对海因法连续化制备的甘氨酸水溶液，先采用MVR(mechanical vaporrecompression)，即机械式蒸汽再压缩技术进行浓缩，而后经过结晶提纯和再结晶提纯得到高纯度的甘氨酸产品，两次提纯过程中产生的结晶母液和重结晶母液循环至水解反应釜，与合成反应液一同水解。
上述步骤a即是采用MVR进行蒸发提纯的步骤，其工作过程是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热，整个蒸发过程中无需生蒸汽，由此大大降低了蒸发浓缩过程中生蒸汽的耗费量。
作为本发明的优选方案，步骤a中的蒸发温度为60℃～80℃，处理时间为1h～3h，且为真空蒸发。上述蒸发温度和时间有利于获得浓度适宜的浓缩液，以为后续的结晶提纯和重结晶提纯提供良好的前提。
上述步骤b是进行结晶提纯的步骤，该过程可以去除大部分的海因酸、海因酸酰胺、甘氨酰胺、甘氨酸二肽、多肽和二酮哌嗪等副杂质；该步骤具体可以为：将所述浓缩液依次经过结晶、离心分离得到甘氨酸晶体和结晶母液。优选地，结晶过程中温度为5℃～20℃，转速为25r/min～60r/min，降温时间为1h～3h；离心过程中转速为800r/min～1200r/min。结晶过程中的温度更优选为10℃～18℃，最优选为15℃；转速更优选为25r/min～30r/min；降温时间更优选为2h～2.5h。离心过程中的转速更优选为900r/min～1100r/min，最优选为1000r/min。
上述步骤c是进行重结晶提纯的步骤，该步骤用于进一步地去除残余的微量杂质，以获得高品质甘氨酸产品。步骤c具体可以为：将甘氨酸晶体溶于去离子水后进行活性炭脱色，然后依次经过滤、重结晶、分离、洗涤、抽滤、干燥，得到甘氨酸产品。本步骤优选方案如下：
将甘氨酸晶体溶于去离子水后进行活性炭脱色中具体为：将甘氨酸晶体溶于去离子水中，加入活性炭在60℃～85℃进行脱色，甘氨酸晶体与去离子水的配比为30g/100mL～50g/100mL，活性炭用量为0.1g/100甘氨酸～1g/100g甘氨酸，脱色时间为0.5h～1h，转速为35r/min～70r/min。此步骤有利于甘氨酸晶体的充分溶解，同时有利于活性炭的吸附，以及为后续的重结晶提供适宜的浓度。更优选的，甘氨酸晶体与去离子水的配比为40g～45g/100mL，温度为70℃～80℃，活性炭用量为0.5g甘氨酸～1g/100g甘氨酸，脱色时间为0.5h，转速为35r/min～60r/min。
重结晶过程中温度为5℃～15℃，转速为20r/min～50r/min，降温时间为1h～3h。更优选地，温度为10℃，转速为20r/min～35r/min，降温时间为2h～3h。
分离的离心转速为1000r/min～1400r/min，更优选为1100r/min～1300r/min，最优选为1200r/min。
洗涤液为8℃～12℃的无水乙醇，更优选为10℃的无水乙醇；抽滤采用真空泵，洗涤液循环使用。
干燥过程中：干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为1h～3h，且为真空干燥。更优选地，干燥温度为45℃，时间为3h。
上述步骤d是对结晶液和重结晶液回收循环利用的步骤，结晶母液和重结晶母液循环至水解反应釜，与合成反应液一同水解，可以降低甘氨酸的损失和并进一步提高甘氨酸的品质。水解后的水解反应液经过气提后可再按照上述步骤进行后处理提纯。
图2示出了本发明提供的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺的最优选实施例的工艺流程。
本发明提供一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，该工艺是先采用蒸汽机械再压缩技术进行蒸发浓缩，无需耗费生蒸汽；然后经过结晶提纯和重结晶提纯提高产品纯度；最后提纯过程中产生的结晶母液和重结晶母液循环至水解反应釜，与合成反应液一同水解，可以降低甘氨酸的损失和并进一步提高甘氨酸的品质和收率。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
海因法连续化制备的甘氨酸水溶液成分如下：甘氨酸3.85wt％、海因1.21wt％、海因酸0.11wt％、海因酸酰胺0.05wt％、2,5-二酮哌嗪0.03wt％、甘氨酰胺0.06wt％。
按照如下方式进行后处理：
将甘氨酸水溶液输送至MVR中，蒸发温度为60℃，时间为2.5h，真空条件下蒸发浓缩。浓缩液送至结晶釜内，结晶温度15℃，转速25r/min，降温2.5h后，在离心机内以1000r/min进行离心至无液体流出为止。将甘氨酸晶体按40g/100mL配比溶于去离子水中，加入0.5％活性炭(按甘氨酸的质量计)，升温至70℃，在35r/min下搅拌0.5h。过滤后，滤液打至重结晶釜中，在10℃与20r/min下重结晶3h。然后，在1200r/min下离心至无液体流出为止，将重结晶母液与结晶母液循环至水解反应釜内，与合成反应液一同水解。用10℃的无水乙醇洗涤晶体一次，用真空泵将洗液抽净，洗液循环至上一步洗涤，固体在45℃，真空干燥3h。所得甘氨酸产品纯度为97.8％。
实施例2
海因法连续化制备的甘氨酸水溶液成分如下：甘氨酸3.85wt％、海因1.21wt％、海因酸0.11wt％、海因酸酰胺0.05wt％、2,5-二酮哌嗪0.03wt％、甘氨酰胺0.06wt％。
按照如下方式进行后处理：
将甘氨酸水溶液输送至MVR中，蒸发温度为70℃，时间为2h，真空条件下蒸发浓缩。浓缩液送至结晶釜内，结晶温度15℃，转速30r/min，降温2h后，在离心机内以1000r/min进行离心至无液体流出为止。将甘氨酸晶体按40g/100mL配比溶于去离子水中，加入1％活性炭(按甘氨酸的质量计)，升温至75℃，在60r/min下搅拌0.5h。过滤后，滤液打至重结晶釜中，在10℃与20r/min下重结晶2h。然后，在1200r/min下离心至无液体流出为止，将重结晶母液与之前结晶母液循环至水解反应釜内，与合成反应液一同水解。用10℃的无水乙醇洗涤晶体一次，用真空泵将洗液抽净，洗液循环至上一步洗涤，固体在45℃，真空干燥3h。甘氨酸产品纯度为99.1％。
实施例3
海因法连续化制备的甘氨酸水溶液成分如下：甘氨酸3.85wt％、海因1.21wt％、海因酸0.11wt％、海因酸酰胺0.05wt％、2,5-二酮哌嗪0.03wt％、甘氨酰胺0.06wt％。
按照如下方式进行后处理：
将甘氨酸水溶液输送至MVR中，蒸发温度为70℃，时间为2h，真空条件下蒸发浓缩。浓缩液送至结晶釜内，结晶温度15℃，转速25r/min，降温2.5h后，在离心机内以1000r/min进行离心至无液体流出为止。将甘氨酸晶体按45g/100mL配比溶于去离子水中，加入0.8％活性炭(按甘氨酸的质量计)，升温至80℃，在45r/min下搅拌0.5h。过滤后，滤液打至重结晶釜中，在10℃与35r/min下重结晶3h。然后，在1200r/min下离心至无液体流出为止，将重结晶母液与之前结晶母液循环至水解反应釜内，与合成反应液一同水解。用10℃的无水乙醇洗涤晶体一次，用真空泵将洗液抽净，洗液循环至上一步洗涤，固体在45℃，真空干燥3h。甘氨酸产品纯度为98.5％。
实施例4
海因法连续化制备的甘氨酸水溶液成分同实施例2。
按照如下方式进行后处理：
将甘氨酸水溶液输送至MVR中，蒸发温度为60℃，时间为1h，真空条件下蒸发浓缩。浓缩液送至结晶釜内，结晶温度5℃，转速25r/min，降温1h后，在离心机内以800r/min进行离心至无液体流出为止。将甘氨酸晶体按30g/100mL配比溶于去离子水中，加入0.1％活性炭(按甘氨酸的质量计)，升温至60℃，在35r/min下搅拌0.5h。过滤后，滤液打至重结晶釜中，在5℃与20r/min下重结晶1h。然后，在1000r/min下离心至无液体流出为止，将重结晶母液与之前结晶母液循环至水解反应釜内，与合成反应液一同水解。用8℃的无水乙醇洗涤晶体一次，用真空泵将洗液抽净，洗液循环至上一步洗涤，固体在40℃，真空干燥1h。甘氨酸产品纯度为98.1％。
实施例5
海因法连续化制备的甘氨酸水溶液成分同实施例2。
按照如下方式进行后处理：
将甘氨酸水溶液输送至MVR中，蒸发温度为80℃，时间为3h，真空条件下蒸发浓缩。浓缩液送至结晶釜内，结晶温度20℃，转速60r/min，降温3h后，在离心机内以1200r/min进行离心至无液体流出为止。将甘氨酸晶体按50g/100mL配比溶于去离子水中，加入1％活性炭(按甘氨酸的质量计)，升温至85℃，在70r/min下搅拌1h。过滤后，滤液打至重结晶釜中，在15℃与50r/min下重结晶3h。然后，在1400r/min下离心至无液体流出为止，将重结晶母液与之前结晶母液循环至水解反应釜内，与合成反应液一同水解。用12℃的无水乙醇洗涤晶体一次，用真空泵将洗液抽净，洗液循环至上一步洗涤，固体在60℃，真空干燥3h。甘氨酸产品纯度为98.5％。
由上述内容可知，采用本发明提供的方法对海因法连续化制备的甘氨酸进行后处理后，产品纯度达到98％以上，并且操作简便。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、采用蒸汽机械再压缩技术对甘氨酸水溶液进行蒸发浓缩得到浓缩液，所述甘氨酸水溶液是由羟基乙腈与氨源和碳源依次经合成与水解反应后得到；
步骤b、对所述浓缩液进行结晶提纯提到甘氨酸晶体和结晶母液；
步骤c、对所述甘氨酸晶体进行重结晶提纯得到甘氨酸产品和重结晶母液；
步骤d、将所述结晶母液和重结晶母液循环至水解反应釜，与合成反应液一同水解。
2.根据权利要求1所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤a中，蒸发温度为60℃～80℃，处理时间为1h～3h，且为真空蒸发。
3.根据权利要求1所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤b具体为：将所述浓缩液依次经过结晶、离心分离得到甘氨酸晶体和结晶母液。
4.根据权利要求3所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤b中，结晶过程中温度为5℃～20℃，转速为25r/min～60r/min，降温时间为1h～3h；离心过程中转速为800r/min～1200r/min。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤c具体为：将甘氨酸晶体溶于去离子水后进行活性炭脱色，然后依次经过滤、重结晶、分离、洗涤、抽滤、干燥，得到甘氨酸产品。
6.根据权利要求5所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤c中所述将甘氨酸晶体溶于去离子水后进行活性炭脱色中具体为：将甘氨酸晶体溶于去离子水中，加入活性炭在60℃～85℃进行脱色，甘氨酸晶体与去离子水的配比为30g/100mL～50g/100mL，活性炭用量为0.1g/100g甘氨酸～1g/100g甘氨酸，脱色时间为0.5h～1h，转速为35r/min～70r/min。
7.根据权利要求5所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤c重结晶过程中：温度为5℃～15℃，转速为20r/min～50r/min，降温时间为1h～3h。
8.根据权利要求5所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤c中，分离的离心转速为1000r/min～1400r/min。
9.根据权利要求5所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤c中：洗涤液为8℃～12℃的无水乙醇，抽滤采用真空泵，洗涤液循环使用。
10.根据权利要求5所述的海因法连续化制备甘氨酸的后处理工艺，其特征在于，步骤c干燥过程中：干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为1h～3h，且为真空干燥。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190628 |