一种甜菜碱盐酸盐的合成工艺制造技术

本发明专利技术主要涉及有机化工领域，提供了一种甜菜碱酯盐酸盐连续合成工艺，该工艺主要以微通道反应器为主要反应设备，以氯乙酸甲酯、氯乙酸乙酯与三甲胺、三乙胺对应醇溶液为主要原料，通过对反应器进行改造，以便于添加催化剂、进而继续调配反应压力、温度、配比、醇量、流速、时间条件制备甜菜碱酯盐酸盐。该工艺采用连续生产工艺，相对于传统釜氏反应，解决了生产过程危险性高，安全系数低，产品转化低、纯度低，残碱高等问题，且反应生成相应的醇可回收套用，降低生产成本，减轻环境压力，做到经济、环境效益双提高。

Synthesis of betaine hydrochloride

【技术实现步骤摘要】
一种甜菜碱盐酸盐的合成工艺
本专利技术主要涉及一种连续合成工艺，提供了甜菜碱酯盐酸盐连续合成新工艺，属于有机化工领域。技术背景甜菜碱的化学名称是羧甲基三甲基铵氢氧化内酯，属于季铵型生物碱，是主要的生物碱之一，广泛存在于动植物体内的一种天然维生素物质，具有明目、抗脂肪肝、保护肾脏等作用。但是甜菜碱的流动性严重限制了它的应用，为了克服这个缺点，甜菜碱酯盐酸盐应运而生。传统甜菜碱酯盐酸盐的制备方法主要分为两大类：天然甜菜糖蜜提取法和化学合成法。提取法主要采用裂解法、电解法、色谱分离法、离子交换树脂法等技术，提取法虽然技术成熟，但存在收率低(80％左右)，能耗高，受原料影响大等缺点。化学合成法主要是以三甲胺和氯乙酸为基本原料，根据原料碱的分类采用钙法和钠法进行化学合成。虽然传统钙法和钠法工艺成熟，原料易得，但存在转化率低(90％左右)，危险性高，生产周期长，残碱高(1％左右)等缺点，因此迫切需要开发一种连续高效、安全可控、环境友好甜菜碱酯盐酸盐合成新工艺。
技术实现思路
为避免传统化学合成生产工艺转化率低、危险性高、生产周期长、残碱高等问题，本工艺以微通道反应器、管式反应器连续流设备为主要反应设备，通过对反应器进行改造，克服连续流反应器催化剂使用限制，以相应有机胺醇溶液为溶剂，使用泵精准控制反应物料配比，通过原料、压力、温度、配比、醇量、流速、时间工艺条件优化，提供一种甜菜碱酯盐酸盐连续合成新工艺。该工艺采用连续生产设备，生产过程持液量低，危险性小，安全系数高，原料氯乙酸酯转化率达到99.5％以上，无“三废”产生；反应生成相应的醇可回收套用，降低生产成本，减轻环境压力，做到经济、环境效益双提高。为了实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：一种甜菜碱盐酸盐的合成工艺，以氯乙酸酯和胺为原料，在连续流反应器中连续化反应，制备甜菜碱盐酸盐；所述的连续流反应器选自微通道反应器；所述的甜菜碱盐酸盐的合成工艺，具体步骤如下：1)连接好微通道反应器，并将负载有催化剂的固定床连接在相邻的两个反应模块之间，并使用醇冲洗管道备用；2)准备胺的醇溶液、氯乙酸酯；3)将步骤2)准备的胺的醇溶液和氯乙酸酯分别打入反应器中；4)设计通量为30-50ml/min，调节背压3-10bar，设置温度在80-130℃，停留时间为0.5-10min；5)以5倍以上停留时间为取样点，取样后利用液相测试氯乙酸乙酯残留和甜菜碱乙酯盐酸盐含量；所述的负载有催化剂的固定床，其中催化剂选自TS-1、MTO催化剂，其用量为反应液总质量流量的1-10％；所述的胺为三甲胺或三乙胺，氯乙酸酯选自氯乙酸乙酯或氯乙酸甲酯；胺与氯乙酸酯的物质的量之比1.0-1.2；所述的胺的醇溶液浓度为20-50％；所述的的微通道反应器，其反应器出口处连接填充有钛合金填料聚四氟乙烯高压管线；所述的用醇冲洗管道备用，醇选自甲醇或乙醇；所述的胺的醇溶液，具体为胺的甲醇溶液或胺的乙醇溶液；相对于传统釜氏反应，反应瞬间三甲胺或三乙胺的醇溶液相对大过量，局部反应剧烈，造成局部温度过高，联锁反应引起副反应增加，胺利用率低，该工艺通过泵精准控制各组分流量，多股物料匀速进料于反应设备中，以“整体平推流、局部小混流”的方式混合、反应，使各组分物料以设定配比反应，瞬间反应配比与设定值相同，并通过换热器将多余反应热置换掉，从反应机理上降低了副反应的发生，同时降低胺过量比，降低残碱量，挺高了胺利用率，使产品纯度达到99.8％。相对于传统釜式反应器对催化剂限制较小，连续流微通道反应器及管式反应器对催化剂粒度、粘度、用量等要求较高，增加催化剂附着设备于反应模块之间，使反应液在通过模块之间时，利用催化剂表面催化活性，提高瞬时反应速率，跟随反应液在模块之间的流动，将反应速率始终保持在较高水平上，提炼了连续流反应器和釜式反应器优点。反应以胺对应的醇溶液为溶剂，将有机胺溶解于溶剂中，提高了反应过程中与氯乙酸酯混合效率，在连续流反应器内通过泵推动压力降提供混合动力，使两相成乳化状，大大提高反应速率，使氯乙酸酯在10min内转化率达到90％。具体实施例为了更好的理解本专利技术的技术方案，以下结合具体的实施例对本专利技术的新方法做进一步的阐述说明，但不应将此理解为本专利技术所述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1：连接好G1微通道反应器(持液量84.5ml)，使用甲醇冲洗好管道，使用高压液相泵将配制好20％的三甲胺甲醇溶液，与氯乙酸甲酯分别打入10块G1反应器中，设计通量50ml/min，物质的量比n(三甲胺)：n(氯乙酸甲酯)＝1:1，计算两相质量流量分别为m(三甲胺)＝29.5g/min，m(氯乙酸甲酯)＝10.85g/min，分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后，调节背压压力至3bar，升高温度至80℃，以5倍以上停留时间为取样点，取样后使用液相检测氯乙酸甲酯残留和甜菜碱甲酯盐酸盐含量，计算氯乙酸甲酯转化率达到73.4％，甜菜碱甲酯盐酸盐纯度达到99.25％。实施例2：连接好G1微通道反应器(持液量84.5ml)，将9块分别负载有1.5gTS-1催化剂的固定床连接在反应模块之间，使用乙醇冲洗好管道，使用高压液相泵将配制好20％的三乙胺乙醇溶液，与氯乙酸乙酯分别打入10块G1反应器中，设计通量50ml/min，物质的量比n(三乙胺)：n(氯乙酸乙酯)＝1:1，计算两相质量流量分别为m(三乙胺)＝29.5g/min，m(氯乙酸乙酯)＝12.55g/min，分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后，调节背压压力至3bar，升高温度至80℃，以5倍以上停留时间为取样点，取样后使用液相检测氯乙酸乙酯残留和甜菜碱乙酯盐酸盐含量，计算氯乙酸乙酯转化率达到83.1％，甜菜碱乙酯盐酸盐纯度达到98.95％。实施例3：连接好G1微通道反应器(持液量84.5ml)，将9块分别负载有3gMTO催化剂的固定床连接在反应模块之间，使用乙醇冲洗好管道，使用高压液相泵将配制好50％的三乙胺乙醇溶液，与氯乙酸乙酯分别打入10块G1反应器中，设计通量50ml/min，物质的量比n(三乙胺)：n(氯乙酸乙酯)＝1:1，计算两相质量流量分别为m(三乙胺)＝33.7g/min，m(氯乙酸乙酯)＝12.25g/min，分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后，调节背压压力至4bar，升高温度至100℃，以5倍以上停留时间为取样点，取样后使用液相检测氯乙酸乙酯残留和甜菜碱乙酯盐酸盐含量，计算氯乙酸乙酯转化率达到95.3％，甜菜碱乙酯盐酸盐纯度达到99.12％。实施例4：连接好G1微通道反应器(持液量84.5ml)，将4块分别负载有5gMTO催化剂的固定床连接在反应模块之间，使用乙醇冲洗好管道，使用高压液相泵将配制好40％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甜菜碱盐酸盐的合成工艺，其特征在于，以氯乙酸酯和胺为原料，在连续流反应器中连续化反应，制备甜菜碱盐酸盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种甜菜碱盐酸盐的合成工艺，其特征在于，以氯乙酸酯和胺为原料，在连续流反应器中连续化反应，制备甜菜碱盐酸盐。


2.如权利要求1所述的甜菜碱盐酸盐的合成工艺，其特征在于，所述的连续流反应器选自微通道反应器。


3.如权利要求2所述的甜菜碱盐酸盐的合成工艺，其特征在于，所述的甜菜碱盐酸盐的合成工艺，具体步骤如下：
1)连接好微通道反应器，并将负载有催化剂的固定床连接在相邻的两个反应模块之间，并使用醇冲洗管道备用；
2)准备胺的醇溶液、氯乙酸酯；
3)将步骤2)准备的胺的醇溶液和氯乙酸酯分别打入反应器中；
4)设计通量为30-50ml/min，调节背压3-10bar，设置温度在80-130℃，停留时间为0.5-10min；
5)以5倍以上停留时间为取样点，取样后利用液相测试氯乙酸乙酯残留和甜菜碱乙酯盐酸盐含量。

【专利技术属性】
技术研发人员：高维丹，岳涛，刘启奎，程远志，陈贵军，周长海，
申请(专利权)人：山东省化工研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37