CN110078731A - 一种连续生产茶钠的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续生产茶钠(茶碱钠盐)的方法,二甲基‑NAU水溶液经加氢还原后生成二甲基‑DAU(1,3‑二甲基‑4,5‑二氨基脲嗪)水溶液,连续输送到多级搅拌反应釜,甲酸分批加入搅拌釜中进行甲酰化反应。反应釜内的pH=1~4,反应温度80~110℃,物料经多级搅拌反应釜后,由离心泵打料经静态混合器,与甲酸混合后进入管式反应器,管式反应器温度80~110℃,管式反应器出口物料进入闭环工序。闭环工序也由多级搅拌釜构成,氢氧化钠溶液分批加入搅拌釜中进行闭环反应。多级搅拌反应釜的反应温度为70~105℃,多级反应后得到的茶钠产品进入下一个工序。本发明操作稳定,易于控制,实现了茶钠的连续化生产,产品收率高,适宜工业化大规模生产。

Description

一种连续生产茶钠的方法
技术领域
本发明涉及一种茶钠的生产方法,属于有机化合物合成制备领域。
背景技术
茶碱钠盐简称茶钠,是咖啡因生产工艺的重要中间体,由二甲-NAU(二甲基-4-亚氨基-5-亚硝基脲嗪,)加氢还原制备二甲-DAU(1,3-二甲基-4,5-二氨基脲嗪),然后加入甲酸甲酰化合成二甲-FAU(1,3-二甲基-4-氨基-5-甲酰氨基脲嗪),再与碱液进行闭环反应得到茶钠母液。反应方程式如下。
国内外现有的工艺均为间歇工艺,主要原因是甲酰化合成的二甲-FAU为浆状固体,直接采用釜式反应器难以实现物料的流通,而若直接采用管式反应器进行反应,反应停留时间太长,导致需要的管式反应器设备过大,而且停留时间过长,会导致二甲-FAU的收率降低,从而影响后续闭环反应茶钠的收率。因此,茶钠生产工艺的连续化,既要保证反应过程物料的流动性良好,又要保证反应停留时间不宜过长,减少副反应的发生,从而提高二甲基-FAU的收率。
中国专利CN106083853A介绍的咖啡因合成工艺的甲酰化和闭环工艺采用的是间歇工艺,操作步骤繁琐,且甲酸和碱液都是一次性加入,产品收率偏低。制得粗茶碱、粗咖啡因等产品质量较差,需进行二次精制。中国专利CN 104130259A介绍的一种茶钠的闭环反应方法,也是采用的间歇工艺,且反应过程中添加了新的催化剂三乙胺,需后续处理将其提取出来,提高了工艺成本。
上述茶钠生产工艺都采用间歇操作,自动化程度低,操作步骤繁琐,工人劳动强度大,限制了生产规模的进一步扩大,因此连续化工艺是解决该问题的好方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种连续生产茶钠的方法,具体工艺流程见图1。图1中多级搅拌釜不仅限于所画的3个,可以是多个搅拌釜的串联。
本发明所提供的一种连续生产茶钠的方法包括以下步骤:
第一步,二甲基-NAU水溶液经加氢还原后生成的二甲基-DAU水溶液,连续输送到多级搅拌反应釜,甲酸分批加入搅拌釜中进行甲酰化反应,DAU水溶液的质量百分含量为5%~17%,优选11%~14%;甲酰化多级搅拌反应釜的级数为2~5,优选3;甲酸加入量为DAU摩尔量的10%~40%,优选25%;反应釜内的pH=1~4,优选pH=2.1~2.5;反应温度为80~100℃,优选85~90℃;反应停留时间为20~50min,优选30~35min。
第二步,物料经多级搅拌反应釜后,由离心泵打料经静态混合器,与甲酸混合后进入管式反应器,进入管式反应器前的甲酸加入量为DAU摩尔量的40%~60%,优选45%;管式反应器的反应温度为80~100℃,优选85~90℃;反应停留时间为1~4h,优选2h;物料出口的DAU含量小于0.1%,FAU的收率为99.0%以上。
第三步,管式反应器出口物料进入闭环工序。闭环工序也由多级搅拌釜构成,氢氧化钠溶液分批加入搅拌釜中进行闭环反应。闭环多级搅拌反应釜的级数为1~4,优选2~3;碱液加入量为DAU摩尔量的25%~50%,优选31%;反应釜的反应温度为70~105℃,优选80~85℃,反应的停留时间为20~50min,优选30~35min。物料出口FAU含量小于0.3%,茶钠相对于FAU的收率为90.0%以上。
与现有技术相比,本发明的有益效果主要体现在以下方面:
1、本发明采用多级甲酰化反应工艺,保证了釜式反应器中物料为二甲基-DAU和二甲基-FAU的混合物,防止了浆状固体的出现,以及浆状固体在反应器内壁结垢,影响夹套换热的现象,减少了副反应的发生,提高产品收率,减少设备能耗。
2、本发明多级甲酰化反应工艺降低了管式反应器的停留时间,从而降低了设备大小,减少设备投入,降低了副反应的发生,提高了FAU 的收率,FAU收率在99.0%以上。
3、本发明采用多级闭环反应工艺,第一级先将浆状的FAU固体溶解为溶液状态,保证物料的流通性,然后进行多级反应,与碱液一次性加入相比,反应条件更温和,副反应更少,提高了茶钠的收率,茶钠相对于FAU的收率为90.0%以上。
4、本发明所提供的工艺改间歇为连续化,操作稳定,易于控制,产品收率高,解决了现有间歇生产工人劳动强度大、操作不稳定的问题,适宜工业化大规模生产。
附图说明:
图1为本发明连续生产茶钠的工艺流程图。
具体实施方式:
下面结合具体实施例和附图对本发明方法作进一步阐述。
实施例1
二甲基-NAU水溶液经加氢还原后生成的二甲基-DAU水溶液取样分析,DAU的质量百分含量为11.45%,以3000 kg/h的流量连续输送到体积为10m3的三个搅拌反应釜,同时,质量含量88%的甲酸分别以26.4 kg/h的流量连续输送三个搅拌反应釜,分析釜内的pH=2.3,反应温度通过夹套蒸汽维持在90℃,物料经多级搅拌反应釜后,由离心泵打料经静态混合器,与47.5 kg/h的88%的甲酸混合后进入管式反应器,管式反应器直径800mm,长12.5m,通过蒸汽控制反应温度在90℃,管式反应器出口物料分析DAU的质量百分含量为0.07%,FAU含量为12.67%,FAU收率为99.02%。物料由管式反应器出口进入闭环工序,闭环工序由三个10m3搅拌釜构成,质量含量40%的氢氧化钠溶液分别以62.6 kg/h的流量连续输送三个搅拌反应釜,搅拌反应釜的反应温度通过夹套蒸汽维持在80℃,多级反应后得到的茶钠产品分析FAU含量为0.12%,茶钠含量为11.03%,茶钠收率为90.46%。
实施例2
采用与实施例1相同的二甲基-DAU水溶液,以2400 kg/h的流量连续输送到体积为10m3的三个搅拌反应釜,同时,质量含量88%的甲酸分别以21.1 kg/h的流量连续输送三个搅拌反应釜,分析釜内的pH=2.3,反应温度通过夹套蒸汽维持在92℃,物料经多级搅拌反应釜后,由离心泵打料经静态混合器,与38.0 kg/h的88%的甲酸混合后进入管式反应器,管式反应器直径800mm,长12.5m,通过蒸汽控制反应温度在92℃,管式反应器出口物料分析DAU的质量百分含量为0.09%,FAU含量为12.70%,FAU收率为99.25%。物料由管式反应器出口进入闭环工序,闭环工序由三个10m3搅拌釜构成,质量含量40%的氢氧化钠溶液分别以50.1 kg/h的流量连续输送三个搅拌反应釜,搅拌反应釜的反应温度通过夹套蒸汽维持在85℃,多级反应后得到的茶钠产品分析FAU含量为0.17%,茶钠含量为10.98%,茶钠收率为90.05%。
实施例3
二甲基-NAU水溶液经加氢还原后生成的二甲基-DAU水溶液取样分析,DAU的质量百分含量为13.64%,以3000 kg/h的流量连续输送到体积为10m3的三个搅拌反应釜,同时,质量含量88%的甲酸分别以31.4 kg/h的流量连续输送三个搅拌反应釜,分析釜内的pH=2.3,反应温度通过夹套蒸汽维持在90℃,物料经多级搅拌反应釜后,由离心泵打料经静态混合器,与56.5 kg/h的88%的甲酸混合后进入管式反应器,管式反应器直径800mm,长15m,通过蒸汽控制反应温度在90℃,管式反应器出口物料分析DAU的质量百分含量为0.05%,FAU含量为15.14%,FAU收率为99.35%。物料由管式反应器出口进入闭环工序,闭环工序由三个10m3搅拌釜构成,质量含量40%的氢氧化钠溶液分别以74.5 kg/h的流量连续输送三个搅拌反应釜,搅拌反应釜的反应温度通过夹套蒸汽维持在80℃,多级反应后得到的茶钠产品分析FAU含量为0.22%,茶钠含量为13.06%,茶钠收率为90.02%。

Claims (15)

1.一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,包括以下步骤:二甲基-NAU水溶液经加氢还原后生成二甲基-DAU(1,3-二甲基-4,5-二氨基脲嗪)水溶液,连续输送到多级搅拌反应釜,甲酸分批加入搅拌釜中进行甲酰化反应。
2.反应釜内的pH=1~4,反应温度通过夹套蒸汽维持在80~110℃,物料经多级搅拌反应釜后,由离心泵打料经静态混合器,与甲酸混合后进入管式反应器,管式反应器通过蒸汽控制反应温度在80~110℃,管式反应器出口物料进入闭环工序。
3.闭环工序也由多级搅拌釜构成,氢氧化钠溶液分批加入搅拌釜中进行闭环反应。
4.多级搅拌反应釜的反应温度通过夹套蒸汽维持在70~105℃,多级反应后得到的茶钠产品进入下一个工序。
5.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,加氢还原后的DAU水溶液的质量百分含量为5%~17%,优选11%~14%。
6.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,甲酰化多级搅拌反应釜的级数为2~5,优选3。
7.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,甲酰化多级搅拌反应釜的甲酸加入量为DAU摩尔量的10%~40%,优选25%,反应釜内的pH=1~4,优选pH=2.1~2.5。
8.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,甲酰化多级搅拌反应釜的反应温度为80~100℃,优选85~90℃,反应停留时间为20~50min,优选30~35min。
9.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,进入管式反应器前的甲酸加入量为DAU摩尔量的40%~60%,优选45%。
10.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,管式反应器的反应温度为80~100℃,优选85~90℃,反应停留时间为1~4h,优选2h。
11.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,管式反应器物料出口的DAU含量小于0.1%,FAU的收率为99.0%以上。
12.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,闭环多级搅拌反应釜的级数为1~4,优选2~3。
13.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,闭环多级搅拌反应釜的碱液加入量为DAU摩尔量的25%~50%,优选31%。
14.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,闭环多级搅拌反应釜的反应温度为70~105℃,优选80~85℃,反应的停留时间为20~50min,优选30~35min。
15.根据权利要求书1所述的一种连续生产茶钠的方法,其特征在于,闭环多级搅拌反应釜的物料出口FAU含量小于0.3%,茶钠相对于FAU的收率为90.0%以上。
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