CN111377886A - 一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法和反应系统 - Google Patents

一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法和反应系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化/水解工段微通道反应方法和反应系统。乙酰乙酰胺基磺酸三乙胺(DKA)反应液和环化剂溶液按照体积比1∶1～2同时进入环化微反应器，后经环化微换热器进入一级水解微反应器，再经一级水解微换热器、二级水解微反应器、二级水解微换热器后得到乙酰磺胺酸溶液；环化反应温度控制在‑10℃～60℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～15min；一级水解温度控制在‑10℃～10℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～10min；二级水解温度控制在10℃～50℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～10min。将环化/水解进行整合，通过二次水解降低副反应，降低冰机负荷，提高产品质量。

Description

一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方 法和反应系统
技术领域
本发明涉及化工合成领域，具体涉及一种乙酰磺胺酸钾的制备方法。
背景技术
AK糖(Acesulfame-K)，化学名为6-甲基1，2，3-噁噻嗪-4(3)-酮-2，2-二氧化钾，俗称安赛蜜英文名：6-Methyl-1，2，3-oxathiazin-4(3H)-one 2，2-dioxide potassium salt
外观性质：无色晶体
溶解性：易溶于水，20℃时溶解度为27克
CAS号：55589-62-3
分子式：C4H4O4KNS
Figure BDA0001932107530000011
分子量：201.24
熔点(℃)：229-232
相对密度(水＝1)：1.81
酸碱度：pH＝5.5-7.5
作用和用途：安赛蜜具有安全无毒、性质稳定、甜味爽口、没有不良后味、价格适宜等优点，是目前世界上稳定性最好的甜味剂之一，用于食品、医药等方面作甜味剂。
传统的乙酰磺胺酸钾的环化/水解工段反应系统：环化剂与中间体进入环化微反应器，再与水进入水解微反应器。由于只有一次水解，导致水解不完全，副反应增多，降低产品质量；水解温度快速提高，增加冰机负荷多。
现有技术处理工艺：
(1)一种安塞蜜生产中磺化微通道反应方法及装置[P].江苏：CN108191790A，2018-01-13.
将处理工艺利用多级磺化反应提高反应温度，降低冰机负荷，降低副反应，降低三氧化硫的用量，减少废酸产生。但水解工段，由于只有一次水解，导致水解不完全，副反应增多，降低产品质量；水解温度快速提高，增加冰机负荷多。
发明内容
本发明主要针对乙酰磺胺酸钾的制备中的环化/水解工段副反应多，冰机负荷大，生产成本高等问题，研制了一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化/水解工段微通道反应方法。本发明要解决的另一个技术问题是，提供该反应的反应系统。
本发明的技术方案是，一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，包括环化反应和水解反应，该方法包括：
(1)乙酰乙酰胺基磺酸三乙胺(DKA)反应液和环化剂溶液按照体积比1∶1～2同时进入环化微反应器，环化反应温度控制在-10℃～60℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～15min；
(2)后经环化微换热器进入一级水解微反应器，再依次经一级水解微换热器、二级水解微反应器、二级水解微换热器后得到乙酰磺胺酸溶液；
所述一级水解温度控制在-10℃～10℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～10min；所述二级水解温度控制在10℃～50℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～10min。
一级水解温度，压力和停留时间是指在一级水解微换热器中的参数
二级水解温度，压力和停留时间是指在二级水解微换热器中的参数
二氯甲烷可以用来分别稀释DKA溶液和环化剂SO3溶液。
根据本发明的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，优选的是，所述DKA溶液浓度为10-25wt％；所述环化剂溶液为SO3溶液，环化剂溶液的浓度为15-50wt％。
根据本发明的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，优选的是，所述环化反应温度控制在-5℃～40℃，压力为0.5～8MPa，停留时间为0.1s～10min。
根据本发明的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，优选的是，所述一级水解温度控制在-5℃～8℃，压力为0.5～8MPa，停留时间为0.1s～8min。
根据本发明的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，优选的是，所述二级水解温度控制在12℃～40℃，压力为0.5～8MPa，停留时间为0.1s～8min。
根据本发明的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，优选的是，所述环化及水解收率稳定在90-95％；成品AK糖含量99.4％以上。
本发明还提供了一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应系统，
依次将环化微反应器、环化微换热器、第一水解微反应器、第一水解微换热器、第二水解微反应器、第二水解微换热器串联；分别用管道将环化微反应器、环化微换热器、第一水解微反应器、第一水解微换热器、第二水解微反应器、第二水解微换热器并联至制冷液管道，通过制冷液循环泵输送制冷液；
将DKA储罐、DKA泵、流量计1依次用管道与环化微反应器连接；将环化剂储罐、环化剂泵、流量计2依次用管道与环化微反应器连接；水解水罐、水解泵、流量计3、流量计4依次用管道连接至第一水解微反应器；在流量计3、流量计4之间用管道连接至第二水解微反应器。
优选的是，所述制冷液为制冷盐水。
优选的是，所述第二水解微换热器出口与后处理工段连接。
优选的是，二氯甲烷储罐分别与DKA泵、环化剂泵连接。二氯甲烷可以用来分别稀释DKA溶液和环化剂SO3溶液。
本发明的微反应器和微换热器的内部结构在微米级别，且内部具有混合通道，可以实现物料的瞬间均匀混合和高效的传热。
因为水解反应速度快，如果只采用一次水解反应，会导致水解反应不完全，影响产品质量，所以增加一次水解反应能够使水解反应更加充分，从而降低副反应。
本发明的有益效果是：
本发明的一方面通过二次水解降低副反应，提高产品质量；另一面水解反应是一个放热过程，通过二次水解降低冰机负荷，降低能耗。
现有技术的环化水解收率在75-80％。本发明将环化和水解进行整合，主要对反应温度，压力，时间等参数进行综合优化改进，通过二次水解降低副反应，降低冰机负荷，提高产品质量。采用此技术实现了乙酰磺胺酸钾的制备中的环化/水解工段微通道反应方法和反应系统，产品质量稳定，环化水解收率达到90-95％，成品AK糖含量达到99.4％，质量及收率均处于目前行业的领先水平。
附图说明
图1是环化/水解工段反应流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的环化及水解工段反应流程是：
依次将环化微反应器、环化微换热器、第一水解微反应器、第一水解微换热器、第二水解微反应器、第二水解微换热器串联；分别用管道将环化微反应器、环化微换热器、第一水解微反应器、第一水解微换热器、第二水解微反应器、第二水解微换热器并联至制冷液管道，通过制冷液循环泵输送制冷液；
将DKA储罐、DKA泵、流量计1依次用管道与环化微反应器连接；将环化剂储罐、环化剂泵、流量计2依次用管道与环化微反应器连接；水解水罐、水解泵、流量计3、流量计4依次用管道连接至第一水解微反应器；在流量计3、流量计4之间用管道连接至第二水解微反应器。
实施例1：
DKA反应液(10w％)和环化剂SO3(15w％)溶液按照体积比1∶1同时进入环化微反应器，后经环化微换热器进入一级水解微反应器，再经一级水解微换热器、二级水解微反应器、二级水解微换热器后得到乙酰磺胺酸溶液；环化反应温度控制在-10℃，压力为2MPa，停留时间为0.01s；一级水解温度控制在-10℃，压力为2MPa，停留时间为0.01s；二级水解温度控制在10℃，压力为2MPa，停留时间为0.01s。分析环化水解收率92％，成品AK糖含量99.5％。
实施例2：
DKA反应液(25w％)和环化剂SO3(50w％)溶液按照体积比1∶2同时进入环化微反应器，后经环化微换热器进入一级水解微反应器，再经一级水解微换热器、二级水解微反应器、二级水解微换热器后得到乙酰磺胺酸溶液；环化反应温度控制在60℃，压力为9MPa，停留时间为15min；一级水解温度控制在10℃，压力为10MPa，停留时间为15min；二级水解温度控制在50℃，压力为10MPa，停留时间为10min。分析环化水解收率93.2％，成品AK糖含量99.4％。
实施例3：
DKA反应液(15w％)和环化剂SO3(25w％)溶液按照体积比1∶1.5同时进入环化微反应器，后经环化微换热器进入一级水解微反应器，再经一级水解微换热器、二级水解微反应器、二级水解微换热器后得到乙酰磺胺酸溶液；环化反应温度控制在35℃，压力为5MPa，停留时间为7.5min；一级水解温度控制在5℃，压力为5MPa，停留时间为7.5s；二级水解温度控制在30℃，压力为5MPa，停留时间为7.5min。分析环化水解收率93.5％，成品AK糖含量99.4％。
实施例4：
DKA反应液(20w％)和环化剂SO3(40w％)溶液按照体积比1∶1.7同时进入环化微反应器，后经环化微换热器进入一级水解微反应器，再经一级水解微换热器、二级水解微反应器、二级水解微换热器后得到乙酰磺胺酸溶液；环化反应温度控制在50℃，压力为7.5MPa，停留时间为10min；一级水解温度控制在5℃，压力为7.5MPa，停留时间为10min；二级水解温度控制在35℃，压力为7.5MPa，停留时间为7.5min。分析环化水解收率93.8％，成品AK糖含量99.4％。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，包括环化反应和水解反应，其特征在于：该方法包括：
(1)乙酰乙酰胺基磺酸三乙胺(DKA)反应液和环化剂溶液按照体积比1：1～2同时进入环化微反应器，环化反应温度控制在-10℃～60℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～15min；
(2)后经环化微换热器进入一级水解微反应器，再依次经一级水解微换热器、二级水解微反应器、二级水解微换热器后得到乙酰磺胺酸溶液；
所述一级水解温度控制在-10℃～10℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～10min；
所述二级水解温度控制在10℃～50℃，压力为0.1～10MPa，停留时间为0.01s～10min。
2.根据权利要求1所述的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，其特征在于：所述DKA溶液浓度为10-25wt％；所述环化剂溶液为SO3溶液，环化剂溶液的浓度为15-50wt％。
3.根据权利要求1所述的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，其特征在于：所述环化反应温度控制在-5℃～40℃，压力为0.5～8MPa，停留时间为0.1s～10min。
4.根据权利要求1所述的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，其特征在于：所述一级水解温度控制在-5℃～8℃，压力为0.5～8MPa，停留时间为0.1s～8min。
5.根据权利要求1所述的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，其特征在于：所述二级水解温度控制在12℃～40℃，压力为0.5～8MPa，停留时间为0.1s～8min。
6.根据权利要求1所述的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应方法，其特征在于：所述环化及水解收率稳定在90％-95％；成品AK糖含量99.4％以上。
7.一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应系统，其特征在于：
依次将环化微反应器、环化微换热器、第一水解微反应器、第一水解微换热器、第二水解微反应器、第二水解微换热器串联；分别用管道将环化微反应器、环化微换热器、第一水解微反应器、第一水解微换热器、第二水解微反应器、第二水解微换热器并联至制冷液管道，通过制冷液循环泵输送制冷液；
将DKA储罐、DKA泵、流量计1依次用管道与环化微反应器连接；将环化剂储罐、环化剂泵、流量计2依次用管道与环化微反应器连接；水解水罐、水解泵、流量计3、流量计4依次用管道连接至第一水解微反应器；在流量计3、流量计4之间用管道连接至第二水解微反应器。
8.根据权利要求7所述的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应系统，其特征在于：所述制冷液为制冷盐水。
9.根据权利要求7所述的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应系统，其特征在于：所述第二水解微换热器出口与后处理工段连接。
10.根据权利要求7所述的一种乙酰磺胺酸钾的制备中的环化及水解工段微通道反应系统，其特征在于：二氯甲烷储罐分别与DKA泵、环化剂泵连接。
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