CN112409199A - 一种氨基酸甲酯连续化生产工艺及装置 - Google Patents

一种氨基酸甲酯连续化生产工艺及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氨基酸甲酯连续化生产工艺，包括以下步骤：(1)氨基酸、硫酸和甲醇的混合液从顶部进入酯化塔进行酯化反应，从塔底得到酯化反应液，从塔顶得到含水甲醇蒸气；(2)酯化反应液经过提取产物之后得到的母液在浓缩釜中进行浓缩，得到浓缩液和含甲醇水蒸气；(3)步骤(1)得到的含水甲醇蒸气从中部进入精馏塔，步骤(2)得到的含甲醇水蒸气从下部进入所述精馏塔，从精馏塔的塔顶得到无水甲醇蒸气，塔底得到冷凝水；(4)从步骤(3)得到的无水甲醇蒸气部分返回精馏塔的顶部进行回流，部分进入酯化塔的底部进行酯化反应。该连续化生产工艺减少了大量的加热和冷凝过程，大幅度提高了能量的利用效率。

Description

一种氨基酸甲酯连续化生产工艺及装置
技术领域
本发明属于化工生产领域，具体明涉及一种氨基酸甲酯的连续化生产工艺及其所使用的装置。
背景技术
氨基酸甲酯是一种重要的化工原料，常用于药物或中间体的合成，其制备一般是通过氨基酸与甲醇在酸的作用下进行反应得到，具体合成方法有两种。
第一种合成氨基酸甲酯的方法是：氨基酸与甲醇在氯化亚砜的存在下反应，其缺点主要是有氯化氢和二氧化硫放出，设备防腐要求较高，处理较为麻烦。
第二种合成方法是氨基酸与甲醇在硫酸的存在下反应，例如：公开号为CN104744281 A的中国专利申请公开了一种D-对羟基苯甘氨酸甲酯的合成方法，其中实施例15公开了如下技术方案：向三口瓶内加入D-对羟基苯甘氨酸，甲醇，搅拌，冰水浴降温。称取硫酸，缓慢滴加，滴加过程中控制温度40℃，硫酸滴加完毕后，控制反应温度为40℃，保温反应6h。保温反应完毕后，将物料转移至反应釜中，加入乙酸乙酯，搅拌溶解后，向上述溶液中滴加氨水进行中和，中和过程控制反应温度30℃，至反应液pH值为9后，中和完毕，停止滴加。离心，制得固体。该方法收率较高，不过缺点是无水甲醇的用量较大并且对水分要求较高，直接从反应体系中蒸馏的甲醇含水量较高，需要经过严格精馏充分除去水分才能套用；此外，由于反应过程中作为催化剂的硫酸会与甲醇反应生成硫酸单甲酯，回收氨基酸甲酯后的母液中，含有大量的硫酸单甲酯盐，这部分消耗的甲醇无法通过简单的蒸馏回收，造成甲醇的损耗较大。
因此，如果能开发出一种氨基酸甲酯的生产方法，该生产方法能够将甲醇充分回收充分套用，并且控制回收套用过程中的能耗，就具有重要的工业应用意义。
发明内容
本发明提供了一种氨基酸甲酯连续化生产工艺及装置，该连续化生产工艺能够将甲醇充分回收利用，同时能减少了大量的加热和冷凝过程，大幅度提高了能量的利用效率。
一种氨基酸甲酯连续化生产工艺，包括以下步骤：
(1)氨基酸、硫酸和甲醇在反应釜中制备混合溶液；
(2)混合溶液从酯化塔顶部进入进行酯化反应，从塔底得到酯化反应液，从塔顶得到第一含水甲醇蒸气；
(3)酯化反应液经过提取产物之后得到的母液在浓缩釜中进行浓缩，产生浓缩液和第二含水甲醇蒸气；
(4)步骤(2)得到的第一含水甲醇蒸气从中部进入精馏塔，步骤(3)得到的第二含水甲醇蒸气从下部进入所述精馏塔，从精馏塔的塔顶得到无水甲醇蒸气，塔底得到冷凝水；
(5)从步骤(4)得到的无水甲醇蒸气部分返回精馏塔的顶部进行回流，部分进入酯化塔的底部进行酯化反应。
本发明将反应釜改成酯化塔进行反应，从酯化塔塔顶产生的甲醇蒸气约含有2％的水分，而酯化反应对水分的要求较高，该甲醇蒸汽还不能直接套用于酯化反应，本发明将该甲醇蒸汽进一步通入到精馏塔中；同时，将硫酸单甲酯盐进行浓缩，浓缩后会产生一部分的含甲醇蒸气，该蒸气约含有10％的甲醇，并且温度较高，可以引入精馏塔底作为精馏塔的热源，一方面减少了大量的加热和冷凝过程，节能效果显著，并且使甲醇得到充分的套用。
作为优选，步骤(1)中，所述混合液中氨基酸、硫酸、甲醇的物质的量之比为1:1.0～1.5:2～10。
作为优选，步骤(1)中，所述的氨基酸为苯甘氨酸或对羟基苯甘氨酸。
本发明中，酯化塔的温度一方面可以影响酯化反应的效果，另一反面会影响产生的甲醇蒸汽的含水量，作为优选，步骤(2)中，所述酯化塔的塔顶温度为70～90℃。
作为优选，步骤(3)中，所述浓缩釜的温度为105～120℃。母液中硫酸单甲酯盐在该温度下能较好地进行浓缩，产生的一定量的含甲醇水蒸气，该水蒸气热焓较高，可以做精馏塔的热源，从而可以对浓缩热量进行充分的利用。
作为优选，步骤(5)中，进入酯化塔的底部的无水甲醇蒸气先压缩，再进入酯化塔的底部，无水甲醇蒸气兼做酯化塔的热源。该无水甲醇所含有的热量进一步为酯化塔提供热量，进一步提高热量的利用效率。
本发明还提供了一种用于实现所述的生产工艺的装置，其特征在于，包括酯化塔、浓缩釜和精馏塔；
所述酯化塔的顶部设有原料溶液进口和含水甲醇蒸气出口；
所述的浓缩釜顶部设有水蒸气出口；
所述的精馏塔的中部设有与所述含水甲醇蒸气出口相连通的含水甲醇蒸气进口，底部设有与所述水蒸气出口相连通的水蒸气进口，顶部设有无水甲醇蒸气出口和回流液进口。
作为优选，所述的酯化塔的底部还设有无水甲醇蒸气入口；
所述的无水甲醇蒸气出口通过罗茨式压缩机与所述无水甲醇蒸气入口相连。
作为优选，所述的酯化塔为板式塔或者填料塔。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明采用酯化塔代替传统的反应釜，从酯化塔塔顶产生的甲醇蒸气含水量较高，可减少带水甲醇用量，甲醇蒸汽直接进塔，降低了精馏能耗；
(2)本发明将回收产品剩余的硫酸单甲酯盐母液进行浓缩，可使其中的甲醇得到进一步的利用，同时，将浓缩产生的含甲醇蒸气直接通入精馏塔底部，将其中的热量进行了利用；
(3)从精馏塔的塔顶产生的无水甲醇具有一定量的热量，经过加压后直接进入酯化塔，对其热量进行了进一步的利用。
附图说明
图1为本发明的装置流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的装置流程示意图，如图1所示，氨基酸、甲醇和硫酸的溶液经管道1进到酯化塔B顶部，经过塔身进到塔釜A，完成液从管道2排出进入后续工序，无水甲醇蒸汽从管道3进到塔釜A下部，该蒸气一方面补充甲醇，另一方面提供热量，含水甲醇蒸汽经管道4进到精馏塔C中部，塔顶的无水甲醇蒸汽部分经管道5进入甲醇蒸汽压缩机E排入管道3，其余部分无水甲醇蒸汽经管道6进入回流冷凝器D，部分冷凝液经管道7返回精馏塔C顶部，部分冷凝液经管道8进甲醇储槽，不凝气经管道9放空，硫酸单甲酯盐溶液经管道10进入硫酸单甲酯浓缩釜F，浓缩液经管道11从底部排出，浓缩产生的含甲醇蒸汽经管道12进入精馏塔C底部，塔底冷凝水经管道13排出。
实施例1
将对羟基苯甘氨酸、硫酸和甲醇按物质的量的比为1:1.1:5的比例混合升温到80℃溶清，溶液以1100kg/h流量经管道1连续进到氨基酸甲酯化塔B顶部，经过填料塔身进到塔釜A，同时将无水甲醇蒸汽3000kg/h从管道3进到塔釜A下部，维持塔釜温度82℃，塔顶温度80℃，含水甲醇蒸汽3100kg/h经管道4进到精馏塔C中部，塔顶的无水甲醇蒸汽部分经管道5进入罗茨压缩机E，压缩后排入管道3，其余部分无水甲醇蒸汽经管道6进入回流冷凝器D，2000kg/h冷凝液经管道7返回精馏塔C顶部，控制回流量以确保其中的含水量低于0.1％，多余部分冷凝液经管道8进甲醇储槽，不凝气经管道9放空，同时3000kg/h硫酸单甲酯盐溶液经管道10进入硫酸单甲酯浓缩釜F，加热维持浓缩釜内温度大于105℃，精馏塔底温度不低于100℃，浓缩产生的含甲醇蒸汽1200kg/h经管道12进入精馏塔C底部。塔底冷凝水经管道13排出，浓缩液2800kg/h经管道11从底部排出，对羟基苯甘氨酸甲酯的甲醇溶液1000kg/h从管道2排出进入后续工序，酯化转化率98.5％。
实施例2
将对羟基苯甘氨酸、硫酸和甲醇按物质的量的比为1:1.1:5的比例混合升温到80℃溶清，溶液以1100kg/h流量经管道1连续进到氨基酸甲酯化塔B顶部，经过填料塔身进到塔釜A，同时将无水甲醇蒸汽2000kg/h从管道3进到塔釜A下部，维持塔釜温度82℃，塔顶温度80℃，含水甲醇蒸汽2100kg/h经管道4进到精馏塔C中部，塔顶的无水甲醇蒸汽部分经管道5进入罗茨压缩机E，压缩后排入管道3，其余部分无水甲醇蒸汽经管道6进入回流冷凝器D，2000kg/h冷凝液经管道7返回精馏塔C顶部，控制回流量以确保其中的含水量低于0.1％，多余部分冷凝液经管道8进甲醇储槽，不凝气经管道9放空，同时3000kg/h硫酸单甲酯盐溶液经管道10进入硫酸单甲酯浓缩釜F，加热维持浓缩釜内温度大于105℃，精馏塔底温度不低于100℃，浓缩产生的含甲醇蒸汽1200kg/h经管道12进入精馏塔C底部。塔底冷凝水经管道13排出，浓缩液2800kg/h经管道11从底部排出，对羟基苯甘氨酸甲酯的甲醇溶液1000kg/h从管道2排出进入后续工序，酯化转化率98.1％。
对比例1
将对羟基苯甘氨酸、硫酸和甲醇按物质的量的比为1:1.1:5的比例混合，共计1100g，升温到80℃溶清，保持温度，通入甲醇蒸汽，中间取样检测，到转化率达到98.5％时结束，共通入甲醇蒸汽7000g。用量是连续流程的2.3倍。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氨基酸甲酯连续化生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)氨基酸、硫酸和甲醇在反应釜内混合、溶解得到混合溶液；
(2)混合溶液从顶部进入酯化塔进行酯化反应，从塔底得到酯化反应液，从塔顶得到含水甲醇蒸气；
(3)酯化反应液经过提取产物之后得到的母液在浓缩釜中进行浓缩，得到浓缩液和含甲醇水蒸气；
(4)步骤(2)得到的含水甲醇蒸气从中部进入精馏塔，步骤(3)得到的含甲醇水蒸气从下部进入所述精馏塔，从精馏塔的塔顶得到无水甲醇蒸气，塔底得到冷凝水；
(5)从步骤(4)得到的无水甲醇蒸气部分返回精馏塔的顶部进行回流，部分进入酯化塔的底部进行酯化反应。
2.根据权利要求1所述的氨基酸甲酯连续化生产工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述混合溶液中氨基酸、硫酸、甲醇的物质的量之比为1:1.0～1.5:2～10。
3.根据权利要求1所述的氨基酸甲酯连续化生产工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述的氨基酸为苯甘氨酸或对羟基苯甘氨酸。
4.根据权利要求1所述的氨基酸甲酯连续化生产工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述酯化塔的塔顶温度为70～90℃。
5.根据权利要求1所述的氨基酸甲酯连续化生产工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述浓缩釜的温度为105～120℃。
6.根据权利要求1所述的氨基酸甲酯连续化生产工艺，其特征在于，步骤(4)得到的含甲醇水蒸气兼作精馏塔的热源。
7.根据权利要求1所述的氨基酸甲酯连续化生产工艺，其特征在于，步骤(5)中，进入酯化塔的底部的无水甲醇蒸气先压缩，再进入酯化塔的底部作为酯化塔的热源。
8.一种用于实现权利要求1～7任一项所述的生产工艺的装置，其特征在于，包括酯化塔、浓缩釜和精馏塔；
所述酯化塔的顶部设有原料进口和含水甲醇蒸气出口；
所述的浓缩釜顶部设有水蒸气出口；
所述的精馏塔的中部设有与所述含水甲醇蒸气出口相连通的含水甲醇蒸气进口，底部设有与所述水蒸气出口相连通的水蒸气进口，顶部设有无水甲醇蒸气出口和回流液进口。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的酯化塔的底部还设有无水甲醇蒸气入口；
所述的无水甲醇蒸气出口通过罗茨式压缩机与所述无水甲醇蒸气入口相连。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的酯化塔为板式塔或者填料塔。
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