CN113039000A - 蔗糖-6-酯的生产设备及生产方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了蔗糖‑6‑酯的生产设备及生产方法，其设备包括罐体、加热管、环状冷却装置以及电机；环状冷却装置、加热管由内而外依次套设在罐体内；环状冷却装置包括由内而外依次套设的冷凝内壁、冷凝管以及冷凝外壁；加热管与罐体形成蒸馏腔，加热管与冷凝外壁形成冷凝腔，冷凝内壁的中空部分为反应腔；电机电性连接加热管和冷凝内壁并能够带动加热管和冷凝内壁转动，以使反应液被分离为水蒸气和蒸余液，在加热管上设有蒸汽出口，以使水蒸气能够从蒸馏腔进入冷凝腔；在加热管上远离进料口的一端设有蒸余液通道，蒸余液通道与环状冷却装置非接触设置且与反应腔连通。本申请的设备使得蔗糖‑6‑酯实现连续生产，极大缩短了生产周期。

Description

蔗糖-6-酯的生产设备及生产方法

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，具体涉及蔗糖-6-酯的生产设备及生产方法。

背景技术

三氯蔗糖属于新一代甜味剂，具有甜度高、无热量、稳定性好、安全性高等优点，市场前景非常广阔。三氯蔗糖-6-酯是生产三氯蔗糖的重要中间体。

现有技术中，合成蔗糖-6-酯的方法的工艺流程主要包括：将蔗糖、非质子极性溶剂和有机锡类酯化促进剂混合成第一反应混合物；接着将第一反应混合物在特定温度、压力环境下与能够去除水的气体或溶剂蒸汽接触并保持一定的反应时间，从中除去水分得到第二反应混合物；再向第二反应物中加入羧酸酐，得到第三反应混合物，并将第三反应混合物保持足以制备蔗糖-6-酯的时间。这一方法需要使用能够除去水的气体或溶剂蒸气，这一环节的存在严重影响了合成蔗糖-6-酯生产过程的连续性，增加了生产周期，降低了生产效率，且消耗大量能够去除水的气体或溶剂，极大地增加了生产成本和能耗。

需要说明的是，这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的蔗糖-6-酯的生产设备及生产方法。

依据本申请的一方面，提供了一种蔗糖-6-酯的生产设备，包括罐体、加热管、环状冷却装置以及电机；环状冷却装置、加热管由内而外依次套设在罐体内；环状冷却装置包括由内而外依次套设的冷凝内壁、冷凝管以及冷凝外壁；加热管与罐体形成蒸馏腔，加热管与冷凝外壁形成冷凝腔，冷凝内壁的中空部分为反应腔；

电机电性连接加热管和冷凝内壁并能够带动加热管和冷凝内壁转动；

在罐体的一侧端面设有进料口，并在该端面连接反应腔设有产物出料管，连接冷凝腔设有冷凝水出水管；在罐体远离进料口的一侧端面连接反应腔设有羧酸酯进料管；在加热管上设有蒸汽出口，以使水蒸气能够从蒸馏腔进入冷凝腔；在加热管上远离进料口的一端设有蒸余液通道，蒸余液通道与环状冷却装置非接触设置且与反应腔连通。

可选的，在上述设备中，加热管为圆台状，且加热管靠近进料口一端的直径大于另一端的直径。

可选的，在上述设备中，加热管的外壁上均匀设置多个外隔板，在加热管的内壁上与多个外隔板对应的位置分别设置内隔板，各外隔板和各内隔板的长度与加热管的长度一致，各外隔板的外缘与罐体相抵，各内隔板的外缘与冷凝外壁相抵。

可选的，在上述设备中，在加热板被各外隔板和各内隔板分隔成的各子区域的中间位置分别设若干蒸汽出口，各蒸汽出口朝向罐体一端的直径大于朝向冷凝外壁一端的直径。

可选的，在上述设备中，各蒸汽出口设置在与加热管的母线方向垂直的同一平面内；在冷凝外壁上相对于各蒸汽出口设置半环形隔离带。

可选的，在上述设备中，加热板被各外隔板和各内隔板分隔成的各子区域的远离进料口的一端分别设有蒸余液通道，各蒸余液通道的开口呈条状，各蒸余液通道位于各子区域的一端的位置与加热板的预设转动方向相反。

可选的，在上述设备中，加热管的内壁设有螺旋状的外导引线，外导引线用于引导冷凝水流入冷凝水出水管。

可选的，在上述设备中，冷凝内壁设有螺旋状的内导引线，内导引线用于引导蒸余液与羧酸酐混合物流向产物出料管。

可选的，在上述设备中，罐体、加热管和环状冷却装置同轴设置。

根据本申请的另一方面，提供了一种蔗糖-6-酯的生产方法，该方法是采用上述任一的设备进行的，包括：

反应液分离步骤：启动电机和环状冷却装置，并将加热管设置到预设温度，从罐体的进料口输入反应液，以使反应液在蒸馏腔分离为蒸余液和水蒸气，其中，反应液包括蔗糖、非质子极性溶剂和有机锡酯促进剂；蒸余液流入蒸余液通道，水蒸气从蒸汽出口进入冷凝腔冷凝成液态水从冷凝水出水管流出；和

酯化反应步骤：从蒸余液通道进入反应腔的蒸余液与从羧酸酐进料口进入的羧酸酯在预设条件下进行酯化反应，生成含蔗糖-6-酯的溶液。

综上所述，本申请的有益效果在于：通过将冷凝装置和蒸馏装置套设在一起，设备由外至内依次形成蒸馏腔、冷凝腔和反应腔，反应液从蒸馏腔进入设备中，在蒸馏腔内随着加热管的转动逐渐被分离成水蒸气和蒸余液，受重力作用，水蒸气从蒸汽开口进入冷凝腔被冷凝排出，蒸余液进入反应腔，由于冷凝内壁的冷却作用，使得蒸余液快速达到酯化反应的温度，并与进入反应腔的羧酸酯发生酯化反应，生成目标产物蔗糖-6-酯。本申请的设备使得蔗糖-6-酯的制备过程从蒸馏、冷却、混合、反应一体化，反应原料可以持续不断地被加入至生产设备中，反应液分离步骤和酯化反应步骤不间断进行，使得蔗糖-6-酯实现连续生产，极大程度上缩短了生产周期，提高了蔗糖-6-酯的生产效率，且设备整体体积小、占地少、构造简单、经济实用型强；一方面避免了现有技术在去除原来中的水分的过程中需要采用大量能够去除水的气体或溶剂蒸气的问题，另一方面，克服了现有技术中第二反应混合物需要注入另一空间内与羧酸酐混合需要耗时长的缺陷。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产设备的外部整体的结构示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产设备的一侧端面的结构示意图；

图3示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产设备的环状冷凝装置套设在加热管中的结构示意图；

图4示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产设备的加热管某一时刻工作状态的示意图；

图5示出了根据本申请的一个实施例的采用蔗糖-6-酯的生产设备生成蔗糖-6-酯的物料走向示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本申请的构思在于，现有技术中，对生产蔗糖-6-酯的反应液需要首先在一个反应釜中采用蒸汽或溶剂去除水分，然后压入另一个反应釜中，再与羧酸酐反应，生成蔗糖-6-酯。在这个过程中，采用蒸汽或溶剂去除水分的步骤消耗大量的能源，且设备大，占地面积大，去除水分程度也不够彻底；在去除水分后，还需将反应液压入另一个反应釜中，以进行酯化反应，这个过程需要额外的能源和时间，降低了蔗糖-6-酯的生产效率；且现有技术的这种生产方式是不连续的，每次加料反应结束后，才能进行另一次反应，也严重影响了蔗糖-6-酯的生产效率。

图1示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产设备的外部整体的结构示意图；图2示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产设备的一侧端面的结构示意图；图3示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产设备的环状冷却装置套设在加热管中的结构示意图；图4示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产设备的加热管某一时刻工作状态的示意图。

请同时参考图1～图4，蔗糖-6-酯的生产设备100包括罐体1、加热管2、环状冷却装置3以及电机4；环状冷却装置3、加热管2由内而外依次套设在罐体1内；环状冷却装置3包括由内而外依次套设的冷凝内壁3-1、冷凝管3-2以及冷凝外壁3-3；加热管2与罐体1形成蒸馏腔，加热管2与冷凝外壁3-3形成冷凝腔B，冷凝内壁3-1的中空部分为反应腔C。

电机4电性连接加热管2和冷凝内壁3-1并能够带动加热管2和冷凝内壁3-1转动。

在罐体1的一侧端面设有进料口1-1，并在该端面连接反应腔C设有产物出料管1-2，连接冷凝腔B设有冷凝水出水管1-3；在罐体远离进料口的一侧端面连接反应腔C设有羧酸酯进料管1-4；在加热管2上设有蒸汽出口2-1，以使水蒸气能够从蒸馏腔进入冷凝腔B；在加热管2上远离进料口的一端设有蒸余液通道2-2，蒸余液通道2-2与环状冷却装置3非接触设置且与反应腔C连通。

请同时参考图1、图2，该蔗糖-6-酯的生产设备100从外面看是一个罐体1，在罐体1的一侧端面设有产物出料管1-2、冷凝水出水管1-3、进料口1-1；在罐体1的另一侧端面设有羧酸酯进料管1-4。关于电机4的位置设置在罐体的任意端面均可，只要设备的其他部件不构成阻碍即可，在本实施例中，电机4设置在具有进料口1-1的一侧。

请参考图3，从图3可以看出，环状冷却装置3包括由内而外依次套设的冷凝内壁3-1、冷凝管3-2以及冷凝外壁3-3，冷凝管3-2中可以容纳现有技术的任意冷凝介质，如水、空气等，冷凝管可以如图2所示的沿冷凝内壁3-1和冷凝外壁3-3的轴向分布，也可以是螺旋状的盘旋在冷凝内壁3-1与冷凝外壁3-3之间，本申请不做限制，在一些实施例中，为了达到比较好的冷凝效果，冷凝内壁3-1与冷凝外壁3-3与二者之间的冷凝管3-2均紧密接触设置。

还请参考图3，冷凝外壁3-3的半径小于加热管2的半径，加热管2的半径小于罐体1的半径，因此，冷凝外壁3-3与加热管2的内壁形成一个腔室，这里称之为冷凝腔B，加热管2的外壁与罐体1之间形成一个腔室，这里称之为蒸馏腔(图中未示出)，而冷凝内部的中空部分为一个腔室，这里称之为反应腔C。根据各个腔室的功能不同，贯穿罐体1的端面，连接这些腔室分别设有不同功能的进出料管道，具体的，在罐体1的一侧端面设有进料口1-1，并在该端面连接反应腔C设有产物出料管1-2，连接冷凝腔B设有冷凝水出水管1-3；在罐体远离进料口的一侧端面连接反应腔C设有羧酸酯进料管1-4。如图4所示，在本申请的一些实施例中，为了控制反应液的进料速度，进料口1-1可以设置成具有一定弧度长条状。

请同时参考图3和图4，在加热管2上设有至少一个蒸汽出口2-1，以使蒸馏腔和冷凝腔连通，反应液在蒸馏腔被蒸馏，形成水蒸气和蒸余液，水蒸气从蒸汽出口2-1进入冷凝腔B，进一步的，在冷凝腔冷凝成液态水，液态水进入冷凝水出水管，排出设备外。

请同时参考图3和图4，在加热管2上远离进料口的一端设有蒸余液通道2-2，蒸余液通道2-2与环状冷却装置3非接触设置且与反应腔C连通。

蒸余液通道2-2的入口开设在加热管远离进料口1-1的一端，沿着加热管2的径向向反应腔中延伸，这样，反应液从进料口1-1进入，随着加热管2的转动，逐渐到达蒸余液通道2-2，由于进料口1-1与蒸余液通道2-2之间具有一定的距离，在这个过程中，反应液中的水分就会被蒸发去除。

这里需要说明的是，蒸余液通道2-2与环状冷却装置3是非接触设置，在本申请的一些实施例中，环状冷却装置3的长度可以略小于加热管2的长度，即预留出蒸余液通道2-2的位置，蒸余液通道2-2不影响冷凝内壁3-1的转动。

请参考图5，整个设备的运行流程可简述如下：电机4电性连接加热管2和冷凝内壁3-1并能够带动加热管2和冷凝内壁3-1转动，制备蔗糖-6-酯的原料溶液，包括但不限于蔗糖、非质子极性溶剂和有机锡酯促进剂形成的反应液从进料口1-1被泵入。电机4带动加热管2转动，反应液在蒸馏腔中，随着加热管2的转动逐渐变薄，并向前延展和翻滚，在反应液被转动至靠近地面一侧时，大部分水分已经被蒸发出来变为气态水，这时受到重力作用，反应液趋于更加靠近地面，而气态水处于上升状态，会从蒸汽出口2-1进入冷凝腔。随着加热管的转动，反应液变为蒸余液，并且受到重力的作用，会逐渐进入蒸余液通道2-2，流入反应腔，在冷凝内壁上被冷却，到达酯化反应的预设温度，并与从羧酸酯进料管1-4进入的羧酸酐发生酯化反应，生成目标产物蔗糖-6-酯。

在本申请的一些实施例中，为了提高设备整体的稳定性，在上述设备中，罐体1、加热管2和环状冷却装置3可以同轴设置。

在本申请的一些实施例中，在上述设备中，为了使蒸余液更容易被收纳入至蒸余液通道2-2中，加热管2可以设置为圆台状，且加热管靠近进料口1-1一端的直径大于另一端的直径。由于进料口1-1与蒸余液通道2-2的入口之间存在一定的势差，这样蒸余液更加容易进入蒸余液通道2-2中。

请参考图3，在本申请的一些实施例中，在上述设备中，加热管2的外壁上均匀设置多个外隔板2-3，在加热管2的内壁上与多个外隔板2-3对应的位置分别设置内隔板2-4，各外隔板2-3和各内隔板2-4的长度与加热管2的长度一致，各外隔板2-3的外缘与罐体1相抵，各内隔板2-4的外缘与冷凝外壁3-3相抵。

也就是说，可以通过对应设置内外隔板，将加热管2的内壁和外壁均分隔成为大小相等的子区域，对应的蒸馏腔和冷凝腔也就被分隔为多个子腔室。各子腔室的划分有利于整个设备的高效利用。

请参考图3和图4，在本申请的一些实施例中，在上述的加热管2被各外隔板和各内隔板分隔成的各子区域的中间位置分别设一个或多个蒸汽出口2-1，推荐设置多个。这些蒸汽出口2-1的作用是使得蒸馏腔与冷凝腔B连通，使得在蒸馏腔产生的水蒸气能够通过蒸汽出口2-1进入到冷凝腔B中。在本申请的一些实施例中，为了防止水蒸气从冷凝腔B回流回蒸馏腔中，各蒸汽出口2-1朝向罐体1一端的直径大于朝向冷凝外壁3-3一端的直径。需要说明的是，加热管2可以具有一定的厚度，此时，各蒸汽出口2-1的形状可以设置为圆台状，且朝向罐体1一端的直径大于朝向冷凝外壁3-3一端的直径；加热管2也可以是比较薄的具有导热性能的材料制成，这时，各蒸汽出口2-1的形状可以设置成类圆台状，其朝向罐体1一端的直径较大，而朝向冷凝外壁3-3一端的直径急剧缩小，类圆台的母线可以为不规则的线条，如带有拐点的线条。

请参考图4，在本申请的一些实施例中，在上述设备中，在蒸汽出口2-1为多个的情况下，各蒸汽出口2-1设置在与加热管2的母线方向垂直的同一平面内，也就是说多个蒸汽出口2-1沿加热管2的某一剖面的径向分布。对应多个蒸汽出口2-1的位置，在冷凝外壁3-3上相对于各蒸汽出口2-1设置半环形隔离带3-4。半环形隔离带3-4可以设置在冷凝外壁3-3远离地面的一侧上，由于冷凝外壁3-3是固定不动的，因此半环形隔离带3-4相对于地面也是固定不动的，半环形隔离带3-4用于封堵住转动到远离地面的一侧时的各个蒸汽出口2-1。以蒸馏腔的一个子腔室为例，当其转动到远离地面的一侧时，该子腔室内的反应液或者蒸余液受到重力的作用会从蒸汽出口流入冷凝腔中，为了防止这种现象的发生，在冷凝外壁3-3远离地面的一侧设置了半环形隔离带3-4，这样，当该子腔室转动到靠近地面一侧时，即整个行程的低点位置时，蒸汽出口2-1是畅通的，水蒸气可以由此进入冷凝腔B中；而当该子腔室转动到远离地面一侧时(图4所示位置时)，即整个行程的高点位置时，半环形隔离带3-4封堵住了转动到远离地面的一侧时的各个蒸汽出口2-1，即蒸汽出口2-1是关闭的，反应液不能由此进入冷凝腔；而当该子腔室转动到高点位置与低点位置中间的某些位置时，反应液或蒸余液是向下流动的，蒸汽出口的闭合与否不会影响反应液或蒸余液的走向。

请参考图4，在本申请的一些实施例中，在上述设备中，加热管2被各外隔板2-3和各内隔板2-4分隔成的各子区域的远离进料口1-1的一端分别设有蒸余液通道2-2，各蒸余液通道2-2的开口呈条状，各蒸余液通道2-2位于各子区域的一端的位置与加热管2的预设转动方向相反。请参考图3，图3中加热管的预设转动方向为逆时针，以图3中的视角为基准，各子区域的远离视线的端部的位置就分为与逆时针方向相同的一侧以及与逆时针方向相反的一侧，在本实施例中，将蒸余液通道设置在于逆时针方向相反的一侧，这样随着加热管2的转动，蒸余液受到重力作用，更容易逐渐进入蒸余液通道2-2，进一步的，进入反应腔中。

请参考图4，在本申请的一些实施例中，在上述设备中，加热管2的内壁设有螺旋状的外导引线2-5，外导引线2-5用于引导冷凝水流入冷凝水出水管1-3。

加热管2的内壁与冷凝外壁3-3形成冷凝腔，水蒸气在这里被冷却形成冷凝水，由于外导引线2-5的引流作用，这些冷凝水能够沿着外导引线2-5更加顺利地流入冷凝水出水管1-3中，以排出设备以外。

请参考图3，在本申请的一些实施例中，在上述设备中，冷凝内壁3-1设有螺旋状的内导引线3-3-1，内导引线3-3-1用于引导蒸余液与羧酸酐混合物流向产物出料管1-2。蒸余液与羧酸酐在通过冷凝内壁3-1的转动和螺旋状的内导引线3-3-1的作用混合，并在内导引线3-3-1的引流的作用下，流入产物出料管1-2。

需要说明的是，这里对上述设备的整体尺寸以及设备中各个组件的尺寸不予限定，可以根据反应的需求，如反应规模、反应的具体条件参数等因素来确定，凡是能够实现本申请的目的，且合理即可接受。

图6示出了根据本申请一个实施例的蔗糖-6-酯的生产方法的流程示意图，该方法是采用上述任一的设备进行的，该方法至少包括以下所述的步骤S610至步骤S620：

反应液分离步骤S610：启动电机和环状冷却装置，并将加热管设置到预设温度，从罐体的进料口输入反应液，以使反应液在所述蒸馏腔分离为蒸余液和水蒸气，其中，反应液包括蔗糖、非质子极性溶剂和有机锡酯促进剂；蒸余液流入蒸余液通道，水蒸气从蒸汽出口进入冷凝腔冷凝成液态水从冷凝水出水管流出；和

酯化反应步骤S620：从蒸余液通道进入反应腔的蒸余液与从羧酸酐进料口进入的羧酸酯在预设条件下进行酯化反应，生成含蔗糖-6-酯的溶液。

在上述方法中，对加热管和冷凝内壁的转动速度本申请不做限制，在本申请的一些实施例中，加热管的转动速度可设置为40rpm至200rpm；冷凝内壁的转动速度可设置为40rpm至200rpm。若加热管的转动速度小于40rpm，则转动提供给反应液的作用力过小，使其不能均匀受热蒸发水分，设置出现局部过热的不良现象；若加热管的转动速度大于200rpm，则转速速度过快，对电机的要求高，提供了设备成本。若冷凝内壁的转动速度小于40rpm，则转动提供给蒸余液和羧酸酐的作用力过小，不能使二者很好的混合；若冷凝内壁的转动速度大于200rpm，则转速速度过快，对电机的要求高，提高了设备成本。

在上述方法中的对酯化反应的反应原料和预设条件不做限制，可参考现有技术，也可采用下述推荐的技术方案。

在本申请中，对有机锡化合物的种类不做限制，可采用单锡有机化合物，也可采用双锡有机化合物，在一些实施例中可选为1,3-二烃氧基-1,1,3,3-四-(烃基)二锡氧烷、氧化二(烃基)锡、1,3-二酰氧基-1,1,3,3-四-(烃基)二锡氧烷和1-二酰氧基-1,1,3,3-四-(烃基)二锡氧烷中的任一种或多种，在另一些实施例中为1,3-二酰氧基-1,1,3,3-四-(烃基)二锡氧烷，在又一些实施例中为1,3-二乙酰氧基-1,1,3,3-四丁基二锡氧烷；其中，烃氧基可选为烷氧基或苯氧基，在一些实施例中，烷氧基可选为甲氧基、乙氧基、正丙氧基、正丁氧基、正戊氧基或正己氧基，在另一些实施例中，为甲氧基；在一些实施例中，烃基可选为烷基、环烷基、芳基或芳烷基，在另一些实施例中，为烷基，在又一些实施例中为正丁基。

本申请对极性非质子溶剂的种类不做限制，在一些实施例中，选自乙腈、1,4-二氧六环、甲乙酮、甲基异丁基酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环己酮、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺和N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或多种，在另一些实施例中为乙腈。

本申请对极性非质子溶剂的用量不做限制，在一些实施例中，以蔗糖的质量为基准，溶剂的质量用量与蔗糖的质量用量比为2～20，在另一些实施例中为3～10，在又一些实施例中为4～8。

在本申请中，对加热管的加热温度不做限制，在一些实施例中，可以为65～150℃，在另一些实施例中，可以为85～120℃。

在本申请中，还可以对反应腔设置真空管，真空管可连接真空泵，在连接有真空泵的情况下，对设备内的负压大小不做限制，在一些实施例中，生成设备内的负压保持在0.01kPa～50kPa，在另一些实施例中，生成设备内的负压可以保持在0.5kPa～20kPa。

在本申请中，对有羧酸酐的种类不做限制，可选自乙酸酐、丁酸酐、苯甲酸酐、硬脂酸酐、月桂酸酐中的任意一种，优选乙酸酐，根据上述有机酸酐的种类，得到的对应的蔗糖-6-羧酸酯分别为蔗糖-6-乙酸酯、蔗糖-6-丁酸酯、蔗糖-6-苯甲酸酯、蔗糖-6-脂肪酸酯、或蔗糖-6-月桂酸酯。蔗糖-6-乙酸酯和蔗糖-6-苯甲酸酯可以用作合成其他种类蔗糖-6-羧酸酯的原料和合成甜味剂三氯蔗糖的中间体，而其他的各类蔗糖-6-羧酸酯可以用作食品添加剂、化工产品以及其他反应的合成中间体。

在本申请中，对有羧酸酐的用量不做限制，在一些实施例中，以蔗糖的质量为基准，羧酸酐的质量用量与蔗糖的质量用量比为0.6～3.0，在另一些实施例中，为0.8～1。

在本申请中，对酯化反应的反应条件不做限制，在一些实施例中，酯化反应的反应温度可以为0～50℃，在另一些实施例中，可以为1～20℃；在一些实施例中，酯化反应的反应时间为10min到24h，在另一些实施例中，为30min到4h。

需要说明的是，上述未尽述的反应条件可参考现有技术。

本申请中涉及的测试手段以及药品来源

高效液相色谱(用于测试反应产物中蔗糖、蔗糖-6-酯等物质的含量)

日本岛津高效液相色谱仪，配RID-10A示差折光检测，LC-10ADVP高压泵，CTO-10ASVP恒温箱；色谱柱：Agilent XDB C18柱(250mm×4.6mm，5μm)；流动相：甲醇-0.125％磷酸氢二钾水溶液(4:6)；柱温：30℃；流量：1.0mL/min。其中，需要甲醇(色谱纯)、磷酸氢二钾(分析纯)、超纯水、三氯蔗糖标准(纯度99.9％)，外标法测量含量。

水分的测试方法

水含量的测定使用卡尔费休法，请参考现有技术，在各个实施例中不再赘述。

药品来源

本申请中涉及的化学试剂以及制备蔗糖-6-酯的原来均可采用市售产品，本申请不做限制。

实施例1

按照蔗糖、有机锡酯促进剂(1,1,3-二乙酰氧基-1,1,3,3-四丁基二锡氧烷)、非质子极性溶剂(DMF)的质量比例为1:2:10配置成300公斤反应液。

采用的本申请的蔗糖-6-酯的生产设备生成蔗糖-6-酯，启动电机和环状冷却装置，并将加热管设置到80℃，设置加热管的转速为100rpm，冷凝内壁的转速为100rpm。

将上述制备的反应液在以4m³/h的速率从进料口连续进料至上述的生产设备中，在大约1小时后，预计已有蒸余液进入反应腔中，此时可以对蒸余液进行取样，并测定其水含量，本实施例中水含量小于500ppm。

按照蔗糖的投放质量与乙酸酐的质量比1：1.1的比例向羧酸酐进料管内吹送乙酸酐进行酯化反应，反应腔温度约为10℃，从二者混合的开始计，最终从反应产物出料口流出大概有1h，收集从反应产物出料口流出的含有蔗糖-6-酯的产物。

用与反应液总体积的体积比为0.25：1的水进行淬灭反应，并用与反应液总体积的体积比为1：1的己烷萃取有机锡酯促进剂，得到蔗糖-6-乙酯溶液，并通过高效液相色谱法分析各物质含量，下述的以及以下各实施例中的归一化，是指在采用高效液相色谱法的混合物质进行分离测定时，人为规定所有物质的量为100％，按照谱峰面积确定各物质占所有物质的百分比，产物分布如下:

a.蔗糖-6-乙酸酯90.22％(归一化)；

b.二乙酸酯7.89％(归一化)；

c.蔗糖0.35％(归一化)。

实施例2

按照蔗糖、有机锡酯促进剂(1,1,3-二乙酰氧基-1,1,3,3-四丁基二锡氧烷)、非质子极性溶剂(DMF)的质量比例为1:2:10配置成500公斤反应液。

采用的本申请的蔗糖-6-酯的生产设备生成蔗糖-6-酯，启动电机和环状冷却装置，并将加热管设置到100℃，设置加热管的转速为150rpm，冷凝内壁的转速为100rpm。

将上述制备的反应液在以6m³/h的速率从进料口连续进料至上述的生产设备中，在大约1.5小时后，预计已有蒸余液进入反应腔中，此时可以对蒸余液进行取样，并测定其水含量，本实施例中水含量小于450ppm。

按照蔗糖的投放质量与乙酸酐的质量比1：1.1的比例向羧酸酐进料管内吹送乙酸酐进行酯化反应，反应腔温度约为15℃，从二者混合的开始计，最终从反应产物出料口流出大概有1.5h，收集从反应产物出料口流出的含有蔗糖-6-酯的产物。

用与反应液总体积的体积比为0.25：1的水进行淬灭反应，并用与反应液总体积的体积比为1：1的己烷萃取有机锡酯促进剂，得到蔗糖-6-乙酯溶液，并通过高效液相色谱法分析各物质含量，产物分布如下:

a.蔗糖-6-乙酸酯89.70％(归一化)；

b.二乙酸酯8.20％(归一化)；

c.蔗糖0.24％(归一化)。

实施例3

按照蔗糖、有机锡酯促进剂(1,1,3-二乙酰氧基-1,1,3,3-四丁基二锡氧烷)、非质子极性溶剂(DMF)的质量比例为1:2:10配置成500公斤反应液。

采用的本申请的蔗糖-6-酯的生产设备生成蔗糖-6-酯，启动电机和环状冷却装置，并将加热管设置到90℃，设置加热管的转速为200rpm，冷凝内壁的转速为200rpm。

将上述制备的反应液在以8m³/h的速率从进料口连续进料至上述的生产设备中，在大约1小时后，预计已有蒸余液进入反应腔中，此时可以对蒸余液进行取样，并测定其水含量，本实施例中水含量小于500ppm。

按照蔗糖的投放质量与乙酸酐的质量比1：1.1的比例向羧酸酐进料管内吹送乙酸酐进行酯化反应，反应腔温度约为10℃，从二者混合的开始计，最终从反应产物出料口流出大概有1h，收集从反应产物出料口流出的含有蔗糖-6-酯的产物。

用与反应液总体积的体积比为0.25：1的水进行淬灭反应，并用与反应液总体积的体积比为1：1的己烷萃取有机锡酯促进剂，得到蔗糖-6-乙酯溶液，并通过高效液相色谱法分析各物质含量，产物分布如下:

a.蔗糖-6-乙酸酯88.90％(归一化)；

b.二乙酸酯8.05％(归一化)；

c.蔗糖0.20％(归一化)。

对比例1

按照蔗糖、有机锡酯促进剂(1,1,3-二乙酰氧基-1,1,3,3-四丁基二锡氧烷)、非质子极性溶剂(DMF)的质量比例为1:2:10配置成300公斤反应液，加热90℃溶解成反应混合溶液。

采用填料塔降液的方式进行脱水，填料塔直径40毫米，3×8玻璃弹簧填料，填料高度1米，相当于10级塔板。

将上述制备的反应混合溶液在填料塔的顶部的入口，保持负压在0.5kPa，同时，将环己烷蒸气(100℃，4atm)进料至填料塔底部烧瓶气体入口。反应混合溶液与环己烷蒸气逆流接触反应，填料塔的顶部馏出物含有环己烷、水和DMF的蒸气经冷凝并且收集，经过干燥无水处理后方可循环使用。

填料塔底部烧瓶收集液体样品，所得产物为透明、浅琥珀色。反应液在气液交换反应器内停留时间约1min。

得到的溶液经计算含有10％的蔗糖，将得到的溶液压到另一个反应釜，在低于10℃的温度条件下按照蔗糖与乙酸酐的质量比为1：1.1的比例滴加乙酸酐进行酰化反应，在低于10℃的温度条件下继续反应2小时之后，用0.25：1的水进行淬灭反应。用1：1的环己烷萃取有机锡化合物，得到的蔗糖-6-乙酯溶液通过高效液相色谱法分析，产物如下:

a.蔗糖-6-乙酸酯72.05％(归一化)；

b.二乙酸酯4.36％(归一化)；

c.蔗糖22.76％(归一化)。

从实施例1～3和对比例1中可以看出，采用本申请提供的生产设备与对比例1采用填料降液生产设备相比，本申请制备的蔗糖-6-羧酸酯的产量高、副反应发生概率低、蔗糖反应完全。以蔗糖-6-乙酸酯产量可以看出，本申请中一些实施例可达到90.20％(归一化)，而对比例1中蔗糖-6-乙酸酯中的产量仅为72.05％(归一化)，也就是说本申请蔗糖-6-羧酸酯的产量显著高于现有技术；同理，由反应产物中的二乙酸酯、蔗糖含量可以看出，本申请中副反应发生概率显著降低，蔗糖转化得更加彻底。

综上所述，本申请的有益效果在于：通过将冷凝装置和蒸馏装置套设在一起，设备由外至内依次形成蒸馏腔、冷凝腔和反应腔，反应液从蒸馏腔进入设备中，在蒸馏腔内随着加热管的转动逐渐被分离成水蒸气和蒸余液，受重力作用，水蒸气从蒸汽开口进入冷凝腔被冷凝排出，蒸余液进入反应腔，由于冷凝内壁的冷却作用，使得蒸余液快速达到酯化反应的温度，并与进入反应腔的羧酸酯发生酯化反应，生成目标产物蔗糖-6-酯。本申请的设备使得蔗糖-6-酯的制备过程从蒸馏、冷却、混合、反应一体化，反应原料可以持续不断地被加入至生产设备中，反应液分离步骤和酯化反应步骤不间断进行，使得蔗糖-6-酯实现连续生产，极大程度上缩短了生产周期，提高了蔗糖-6-酯的生产效率，且设备整体体积小、占地少、构造简单、经济实用型强；一方面避免了现有技术在去除原来中的水分的过程中需要采用大量能够去除水的气体或溶剂蒸气的问题，另一方面，克服了现有技术中第二反应混合物需要注入另一空间内与羧酸酐混合需要耗时长的缺陷。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好地解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

Claims (10)

1.一种蔗糖-6-酯的生产设备，其特征在于，包括罐体、加热管、环状冷却装置以及电机；所述环状冷却装置、所述加热管由内而外依次套设在所述罐体内；所述环状冷却装置包括由内而外依次套设的冷凝内壁、冷凝管以及冷凝外壁；所述加热管与所述罐体形成蒸馏腔，所述加热管与所述冷凝外壁形成冷凝腔，所述冷凝内壁的中空部分为反应腔；

所述电机电性连接所述加热管和所述冷凝内壁并能够带动所述加热管和所述冷凝内壁转动；

在所述罐体的一侧端面设有进料口，并在该端面连接所述反应腔设有产物出料管，连接所述冷凝腔设有冷凝水出水管；在所述罐体远离进料口的一侧端面连接所述反应腔设有羧酸酯进料管；在所述加热管上设有蒸汽出口，以使水蒸气能够从所述蒸馏腔进入所述冷凝腔；在所述加热管上远离所述进料口的一端设有蒸余液通道，所述蒸余液通道与环状冷却装置非接触设置且与所述反应腔连通。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热管为圆台状，且所述加热管靠近所述进料口一端的直径大于另一端的直径。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热管的外壁上均匀设置多个外隔板，在所述加热管的内壁上与所述多个外隔板对应的位置分别设置内隔板，各所述外隔板和各所述内隔板的长度与所述加热管的长度一致，各所述外隔板的外缘与所述罐体相抵，各所述内隔板的外缘与所述冷凝外壁相抵。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，在所述加热板被各所述外隔板和各所述内隔板分隔成的各子区域的中间位置分别设若干蒸汽出口，各所述蒸汽出口朝向所述罐体一端的直径大于朝向所述冷凝外壁一端的直径。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，各所述蒸汽出口设置在与所述加热管的母线方向垂直的同一平面内；在所述冷凝外壁上相对于各所述蒸汽出口设置半环形隔离带。

6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述加热板被各所述外隔板和各所述内隔板分隔成的各子区域的远离所述进料口的一端分别设有蒸余液通道，各所述蒸余液通道的开口呈条状，各所述蒸余液通道位于所述各子区域的一端的位置与所述加热板的预设转动方向相反。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热管的内壁设有螺旋状的外导引线，所述外导引线用于引导冷凝水流入所述冷凝水出水管。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述冷凝内壁设有螺旋状的内导引线，所述内导引线用于引导蒸余液与羧酸酐混合物流向所述产物出料管。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，所述罐体、所述加热管和所述环状冷却装置同轴设置。

10.一种蔗糖-6-酯的生产方法，其特征在于，所述方法是采用权利要求1～9中任一项所述的设备进行的，包括：

反应液分离步骤：启动所述电机和所述环状冷却装置，并将加热管设置到预设温度，从所述罐体的进料口输入反应液，以使所述反应液在所述蒸馏腔分离为蒸余液和水蒸气，其中，反应液包括蔗糖、非质子极性溶剂和有机锡酯促进剂；所述蒸余液流入所述蒸余液通道，所述水蒸气从蒸汽出口进入冷凝腔冷凝成液态水从所述冷凝水出水管流出；和

酯化反应步骤：从所述蒸余液通道进入所述反应腔的蒸余液与从羧酸酐进料口进入的羧酸酯在预设条件下进行酯化反应，生成含所述蔗糖-6-酯的溶液。

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