CN114539082A - 一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，涉及甜菜碱及其盐酸盐的制备技术领域。该甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，以氢氧化钙、氯乙酸、三甲胺、催化剂和稀硫酸为原料，先将氢氧化钙与氯乙酸混合进行中和反应生成氯乙酸钙，再加入三甲胺进行季胺化反应生成合成液，然后再加入稀硫酸进行酸化反应生成甜菜碱盐酸盐溶液，并且产生硫酸钙沉淀。该方法的生产流程简单、产品纯度≥98％、收率≥93％、易于推广和形成产业化生产，与常规的目前普遍采用的真空蒸馏法、离子交换法、膜分离等各类方法相比具有明显的投资低、产品品质好、原料单耗量低的优点，从而具有良好的推广价值和市场前景。

Description

一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法
技术领域
本发明涉及甜菜碱及其盐酸盐的制备技术领域，具体为一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法。
背景技术
甜菜碱盐酸盐的化学名称是盐酸三甲基甘氨酸，是一种季胺类生物碱，分子式为C5H11NO2·HCL，能溶解于水及醇，水溶液成酸性，能耐200℃以下高温具有很强的抗氧化性能。甜菜碱盐酸盐作为一种全新的畜禽饲料添加剂，其对畜禽生长发育及胴体品质的影响较为深远。
甜菜碱盐酸盐的制备方法有天然甜菜糖蜜提取法和化学合成法。前者由于原料来源有限而使其应用推广具有一定的局限性；传统的化学合成方法采用氯乙酸钠和三甲胺反应，生成的氯化钠很难除去。近年来对此的研究如采用强阳离子交换树脂法、溶剂法或者将氢氧化钠替换为氢氧化钙等方法，都存在着成本高、后处理困难、高含盐量废水无法处理等诸多问题，这大大限制了甜菜碱工业化的发展。
基于上述问题，本发明提供了一种全新的生产流程，与常规方法相比具有投资低、产品品质好、原料单耗量低等优点，因而具有较好的推广价值。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，解决了现有生产工艺普遍存在的投资大、产品纯度不高、原材料单耗量大的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，以氢氧化钙、氯乙酸、三甲胺、催化剂和稀硫酸为原料，先将氢氧化钙与氯乙酸混合进行中和反应生成氯乙酸钙，再加入三甲胺进行季胺化反应生成合成液，然后再加入稀硫酸进行酸化反应生成甜菜碱盐酸盐溶液，并且产生硫酸钙沉淀，再通过离心作用将甜菜碱盐酸盐溶液中的硫酸钙进行过滤分离出来，得到的母液经浓缩结晶再离心得到甜菜碱盐酸盐湿品，最后进行干燥处理得到甜菜碱盐酸盐。
本发明的优选技术方案是：一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，包括以下步骤：
S1.首先将质量百分浓度为20％-50％的氢氧化钠溶液加入反应釜内部，然后向氢氧化钠溶液中加入氯乙酸，并不断搅拌使其充分混合反应，并且将温度保持在适宜温度反应得到氯乙酸钙溶液；
S2.待上述溶液温度降到合适范围以下后通入三甲胺水溶液，并加入催化剂不断搅拌使其充分混合进行季胺化反应，得到甜菜碱合成液；
S3.再向甜菜碱合成液内部加入稀硫酸进行酸化反应，不断搅拌得到酸化液，并且产生硫酸钙沉淀；
S4.然后将上述酸化液和硫酸钙沉淀进行浓缩和离心处理，再经过过滤处理将硫酸钙沉淀过滤出来，得到甜菜碱碱盐酸盐母液；
S5.再将甜菜碱碱盐酸盐母液置于浓缩釜中进行浓缩结晶，再经过离心分离得到甜菜碱碱盐酸盐湿品；
S6.最后将甜菜碱碱盐酸盐湿品置于100℃-200℃环境下进行脱水干燥，即得到纯无水甜菜碱碱盐酸盐。
优选的，所述甜菜碱合成液中的氢氧化钙、氯乙酸、三甲胺的摩尔比为氢氧化钠∶氯乙酸∶三甲胺＝1∶1∶1。
优选的，所述步骤S2中的催化剂为碘化钠。
优选的，所述步骤S3中的稀硫酸缓慢滴加并调至pH小于1.0。
优选的，所述步骤S1中的反应温度为40-80℃。
优选的，所述步骤S2中的反应温度为20-60℃。
优选的，所述步骤S4中过滤出的硫酸钙后续被加工成高强石膏粉，从而进行回收利用。
(三)有益效果
本发明提供了一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法。具备以下有益效果：
1、本发明提供了一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，该方法的生产流程简单、产品纯度≥98％、收率≥93％、易于推广和形成产业化生产，与常规的目前普遍采用的真空蒸馏法、离子交换法、膜分离等各类方法相比具有明显的投资低、产品品质好、原料单耗量低的优点，从而具有良好的推广价值和市场前景。
2、本发明提供了一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，该方法采用了高效催化剂，使反应快捷充分，同时不需要昂贵的碱和盐酸，只需廉价的氧化钙和硫酸，同时由于没有副反应的发生，成品收率大大提高，甜菜碱盐酸盐的收率在以氯乙酸计达99％以上，故成本与传统工艺相比要低20％以上，并且生产周期短，反应条件温和，产品分离简单充分，并无三废产生，更加环保。
3、本发明提供了一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，该方法使用的催化剂可循环进行使用，并且原料和溶剂均可循环使用，便于进行工业化生产，克服了传统工艺存在的氯乙酸消耗量大、生产周期长、产品灼残高和三废排放量大等诸多问题，具有更高的经济性。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例提供一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，制备过程如下：
1、甜菜碱合成液的制备
(1)首先将质量百分浓度为30％的氢氧化钠溶液加入反应釜内部，然后向氢氧化钠溶液中加入氯乙酸，并不断搅拌使其充分混合反应，并且将温度保持在40-60℃反应得到氯乙酸钙溶液；
(2)待上述溶液温度降到20-40℃以下后通入三甲胺水溶液，并加入催化剂不断搅拌使其充分混合进行季胺化反应，得到甜菜碱合成液。
2、甜菜碱碱盐酸盐的制备与提取
(1)将甜菜碱合成液注入反应釜内部，再向溶液中加入稀硫酸进行酸化反应，稀硫酸缓慢滴加并调至pH小于1.0，不断搅拌得到酸化液，并且产生硫酸钙沉淀；
(2)然后将上述酸化液和硫酸钙沉淀进行浓缩和离心处理，再经过过滤处理将硫酸钙沉淀过滤出来，得到甜菜碱碱盐酸盐母液；
(3)再将甜菜碱碱盐酸盐母液置于浓缩釜中进行浓缩结晶，再经过离心分离得到甜菜碱碱盐酸盐湿品；
(4)最后将甜菜碱碱盐酸盐湿品置于150℃环境下进行脱水干燥，即得到纯无水甜菜碱碱盐酸盐，产品纯度98.2％、收率93.3％。
实施例2：
1、甜菜碱合成液的制备
(1)首先将质量百分浓度为40％的氢氧化钠溶液加入反应釜内部，然后向氢氧化钠溶液中加入氯乙酸，并不断搅拌使其充分混合反应，并且将温度保持在50-70℃反应得到氯乙酸钙溶液；
(2)待上述溶液温度降到30-50℃以下后通入三甲胺水溶液，并加入催化剂不断搅拌使其充分混合进行季胺化反应，得到甜菜碱合成液。
2、甜菜碱碱盐酸盐的制备与提取
(1)将甜菜碱合成液注入反应釜内部，再向溶液中加入稀硫酸进行酸化反应，稀硫酸缓慢滴加并调至pH小于1.0，不断搅拌得到酸化液，并且产生硫酸钙沉淀；
(2)然后将上述酸化液和硫酸钙沉淀进行浓缩和离心处理，再经过过滤处理将硫酸钙沉淀过滤出来，得到甜菜碱碱盐酸盐母液；
(3)再将甜菜碱碱盐酸盐母液置于浓缩釜中进行浓缩结晶，再经过离心分离得到甜菜碱碱盐酸盐湿品；
(4)最后将甜菜碱碱盐酸盐湿品置于180℃环境下进行脱水干燥，即得到纯无水甜菜碱碱盐酸盐，产品纯度98.5％、收率93.5％。
实施例3：
1、甜菜碱合成液的制备
(1)首先将质量百分浓度为50％的氢氧化钠溶液加入反应釜内部，然后向氢氧化钠溶液中加入氯乙酸，并不断搅拌使其充分混合反应，并且将温度保持在60-80℃反应得到氯乙酸钙溶液；
(2)待上述溶液温度降到40-60℃以下后通入三甲胺水溶液，并加入催化剂不断搅拌使其充分混合进行季胺化反应，得到甜菜碱合成液。
2、甜菜碱碱盐酸盐的制备与提取
(1)将甜菜碱合成液注入反应釜内部，再向溶液中加入稀硫酸进行酸化反应，稀硫酸缓慢滴加并调至pH小于1.0，不断搅拌得到酸化液，并且产生硫酸钙沉淀；
(2)然后将上述酸化液和硫酸钙沉淀进行浓缩和离心处理，再经过过滤处理将硫酸钙沉淀过滤出来，得到甜菜碱碱盐酸盐母液；
(3)再将甜菜碱碱盐酸盐母液置于浓缩釜中进行浓缩结晶，再经过离心分离得到甜菜碱碱盐酸盐湿品；
(4)最后将甜菜碱碱盐酸盐湿品置于200℃环境下进行脱水干燥，即得到纯无水甜菜碱碱盐酸盐，产品纯度98.2％、收率93.2％。
运用此方法制备和提纯的甜菜碱盐酸盐，与传统方法相比，具有产率高、产品纯度高而杂质含量低、工艺简便、生产成本低、易于操作、对环境友好等优点，因而，此制备和提纯方法在现代畜牧业生产中，具有巨大的推广价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，其特征在于，以氢氧化钙、氯乙酸、三甲胺、催化剂和稀硫酸为原料，先将氢氧化钙与氯乙酸混合进行中和反应生成氯乙酸钙，再加入三甲胺进行季胺化反应生成合成液，然后再加入稀硫酸进行酸化反应生成甜菜碱盐酸盐溶液，并且产生硫酸钙沉淀，再通过离心作用将甜菜碱盐酸盐溶液中的硫酸钙进行过滤分离出来，得到的母液经浓缩结晶再离心得到甜菜碱盐酸盐湿品，最后进行干燥处理得到甜菜碱盐酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.首先将质量百分浓度为20％-50％的氢氧化钠溶液加入反应釜内部，然后向氢氧化钠溶液中加入氯乙酸，并不断搅拌使其充分混合反应，并且将温度保持在适宜温度反应得到氯乙酸钙溶液；
S2.待上述溶液温度降到合适范围以下后通入三甲胺水溶液，并加入催化剂不断搅拌使其充分混合进行季胺化反应，得到甜菜碱合成液；
S3.再向甜菜碱合成液内部加入稀硫酸进行酸化反应，不断搅拌得到酸化液，并且产生硫酸钙沉淀；
S4.然后将上述酸化液和硫酸钙沉淀进行浓缩和离心处理，再经过过滤处理将硫酸钙沉淀过滤出来，得到甜菜碱碱盐酸盐母液；
S5.再将甜菜碱碱盐酸盐母液置于浓缩釜中进行浓缩结晶，再经过离心分离得到甜菜碱碱盐酸盐湿品；
S6.最后将甜菜碱碱盐酸盐湿品置于100℃-200℃环境下进行脱水干燥，即得到纯无水甜菜碱碱盐酸盐。
3.根据权利要求2所述的一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，其特征在于，所述甜菜碱合成液中的氢氧化钙、氯乙酸、三甲胺的摩尔比为氢氧化钠∶氯乙酸∶三甲胺＝1∶1∶1。
4.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，其特征在于，所述步骤S2中的催化剂为碘化钠。
5.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，其特征在于，所述步骤S3中的稀硫酸缓慢滴加并调至pH小于1.0。
6.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，其特征在于，所述步骤S1中的反应温度为40-80℃。
7.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，其特征在于，所述步骤S2中的反应温度为20-60℃。
8.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐的环保制备与纯化方法，其特征在于，所述步骤S4中过滤出的硫酸钙后续被加工成高强石膏粉，从而进行回收利用。
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