酯化反应-渗透汽化膜分离集成工艺生产维生素C的方法.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 101139290 B (45)授权公告日 2010.05.26 CN 101139290 B *CN101139290B* (21)申请号 200710071145.0 (22)申请日 2007.09.14 C07C 69/716(2006.01) C07C 67/08(2006.01) C07D 307/62(2006.01) (73)专利权人 浙江工商大学 地址 310035 浙江省杭州市西湖区教工路 149 号 (72)发明人 蔡邦肖 邸天梅 (74)专利代理机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 代理人 胡红娟 CN 1031569 C,1996.。

2、04.17, 权利要求 3. 韩宾兵等人 . 渗透汽化膜分离技术及其应 用 . 化工科技市场 6.2000,(6),7-9. 李春艳等人 . 维生素 C 生产工艺进展 . 中国 医药工业杂志 32 1.2001,32(1),38-41. (54) 发明名称 酯化反应 - 渗透汽化膜分离集成工艺生产维 生素 C 的方法 (57) 摘要 本发明提供一种酯化反应-渗透汽化(PV)膜 分离集成工艺生产维生素C(VC)的方法， 包括甲醇 与 2- 酮基 -L- 古龙酸 (2-KLG) 甲酯化反应生成 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯 (2-Me-KLG) 的过程， 该过 程包括如下步骤 ： (1)将固态或。

3、液态的2-KLG溶入 甲醇， 然后升温， 添加催化剂 ； (2)将步骤(1)得到 的反应液泵入 PV 膜分离装置， 经膜脱水后的反应 液循环返回酯化反应器 ； (3) 产物 2-Me-KLG 或反 应液直接提供后续 VC生产。本发明方法采用的膜 面积少， 原料液的醇 / 酸质量比以及反应温度都 较低， 大幅度提高 2-Me-KLG 的纯度和得率， 工艺 简单， 过程稳定， 易在 VC工业生产线应用。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 刘广南 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 101139290 B1/。

4、1 页 2 1. 一种酯化反应 - 渗透汽化膜分离集成工艺生产维生素 C 的方法， 包括甲醇与 2- 酮 基 -L- 古龙酸进行甲酯化反应生成 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯， 其特征在于 ： 甲醇与 2- 酮 基 -L- 古龙酸进行甲酯化反应生成 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯的过程包括如下步骤 ： (1) 在反应器中将固态粉末状的 2- 酮基 -L- 古龙酸在 40 55溶入甲醇， 2- 酮 基-L-古龙酸完全溶解后升温至6570， 加入浓硫酸， 所述的甲醇与2-酮基-L-古龙酸 的质量比为 1.74 2.89， 浓硫酸与 2- 酮基 -L- 古龙酸的质量比为 0.014 0.032 ； 。

5、(2) 将步骤 (1) 得到的反应液连续不断通入渗透汽化膜分离装置， 经膜分离除去水后 的反应液循环返回反应器继续进行甲酯化反应， 其中， 反应液的循环流量为 40 105L/h， 渗透汽化分离装置的有效膜面积与反应液体积之比为 0.08 0.12cm-1， 渗透汽化膜分离装 置的膜下游侧真空度为 500 700Pa ； (3) 将反应液冷却得到白色结晶产物 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯， 或将反应液直接移入后 续工序， 用于 VC的生产。 权 利 要 求 书 CN 101139290 B1/4 页 3 酯化反应 - 渗透汽化膜分离集成工艺生产维生素 C 的方法 技术领域 0001 本发明涉。

6、及酯化工业中渗透汽化膜技术的应用， 尤其涉及是采用酯化反应 - 渗透 汽化膜分离集成工艺生产维生素 C 的方法。 背景技术 0002 VC是人体必需而自身不能合成的营养成份， 是世界卫生组织和联合国工业发展组 织共同确定的26种基本药物之一， 对人体有防病保健功能及辅助治疗作用， 因此， VC的生产 规模和产量不断扩大。 0003 VC的生产过程中的重要环节之一是甲醇与2-酮基-L-古龙酸(以下简称 ： 2-KLG) 甲酯化反应生成2-酮基-L-古龙酸甲酯(以下简称 ： 2-Me-KLG)。 目前， 传统工艺进行VC生 产的酯化反应大多都维持在甲醇与 2-KLG 的重量比为 1 1.5 的液态。

7、体系中。其反应式如 下 ： 0004 0005 上述甲酯化反应所得到的2-Me-KLG与碳酸氢钠反应生成维生素C钠， 再通过氢型 树脂即可将维生素 C 钠转化为产品 VC。但此步酯化反应的酯转化率受到副产物水的抑 制 ； 使反应收率难以提高， 影响到 VC工艺及其产率。 0006 Q.L.Liu， H.F.Chen.的文章 “Modeling of esterification of acetic acidwith n-butanol in the presence of Zr(SO4)24H2O coupled pervaporation” (Journal of Membrane Scie。

8、nce 2002， 196 ： 171-178) 采用 PVA 复合膜研究酯化反应 - 渗透汽化集成技 术对乙酸与正丁醇酯化反应的影响， 实验表明在初始正丁醇 / 乙酸质量比为 1.98、 膜面积 与反应液体积的比值 0.23cm-1、 80的条件下， 采用集成技术的酯产率由原来的 75左右 升至 90左右。 0007 王乐夫， 李雪辉的 “酯化反应耦联渗透汽化膜过程对平衡移动的影响” (化学反 应工程与工艺 1999， 15(4) ： 443 449) 中， 采用 PVA/PAN 复合膜， 考察了渗透汽化 - 酯化 反应耦联复合膜反应器中乙酸正丁酯的合成过程因素对酯化反应化学平衡移动的影响，。

9、 结 果显示， 在较高反应温度(80)和较高的初始反应液中醇/酸质量比(大于1.24)以及高 的膜面积与反应液体积之比 (0.5cm-1) 的条件下， 反应 9 小时后达到酯的高产率。 0008 Benedict D.J，Parulekar S.J，Tsai Shih-Perng. 在文章 说 明 书 CN 101139290 B2/4 页 4 “Pervaporation-assisted esterification of lactic and succinic acids withdownstream ester recovery” ( Journal of Membrane Scien。

10、ce 2006， 281 ： 435-445) 公布了采用 GFT-1005 膜的酯化反应 - 渗透汽化集成技术在乳酸乙酯合成反应中的实验研 究， 结果表明， 在膜面积与反应液体积的比值 0.091cm-1、 初始乙醇 / 乳酸质量比为 0.64、 95的条件下， 8 小时后， 乳酸乙酯产率约为 85。 0009 M.T.Sanz 和 Jurgen Gmehling 先后在 “Esterification of acetic acid withisopropanol coupled with pervaporation Part I ： Kinetics and pervaporationst。

11、udies” (Chemical Engineering Journal .2006， 123 ： 1-8) 和 “Esterificationof acetic acid with isopropanol coupled with pervaporation Part II ： Study of apervaporation reactor” (Chemical Engineering Journal 2006， 123 ： 9-14) 中表明， 使用2201 膜选择性脱除异丙醇 / 醋酸酯化反应中的生成水， 随 着异丙醇 / 醋酸投料摩尔比、 膜面积与反应液体积的比值、 操作温度以及催化剂。

12、的添加量 的增大， 酯产率均有不同程度的提高， 但是反应时间过长， 10 小时后才突破常规酯化反应平 衡。 0010 上述文献涉及的酯化反应 - 渗透汽化膜集成技术， 都是或者在较高的反应温度或 者在高的膜面积与反应液体积之比的条件下， 分别用于或乙酸正丁酯或乳酸乙酯或醋酸异 丙酯等的液态原料的酯化反应， 尚未涉及反应物中固态原料的酯化合成反应， 更未涉及 VC 生产过程酯化反应组合膜技术的应用。 发明内容 0011 本发明提供了一种采用酯化反应-渗透汽化膜分离集成工艺促进2-KLG甲酯化反 应， 改善 VC生产工艺的方法。 0012 一种酯化反应 - 渗透汽化膜分离集成工艺生产维生素 C 的。

13、方法， 包括甲醇与 2- 酮 基 -L- 古龙酸进行甲酯化反应生成 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯， 其中甲醇与 2- 酮基 -L- 古龙 酸进行甲酯化反应生成 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯的过程包括如下步骤 ： 0013 (1) 在反应器中将固态粉末状的 2-KLG 在 40 55溶入甲醇， 2-KLG 完全溶解后 升温至 65 70， 加入浓硫酸 ； 0014 (2) 将步骤 (1) 得到的反应液连续不断通入渗透汽化膜分离装置， 经膜分离除去 水后的反应液循环返回反应器继续进行甲酯化反应 ； 0015 (3) 将反应液冷却得到白色结晶产物 2-Me-KLG， 或将反应液直接移入后续工序，。

14、 用于 VC的生产。 0016 步骤(1)中所述的甲醇与2-KLG的质量比为1.742.89， 以维持反应体系的液体 状态 ； 0017 步骤 (1) 中催化剂浓硫酸与 2- 酮基 -L- 古龙酸的质量比 ： 0.014 0.032 ； 0018 步骤 (2) 中所述的渗透汽化膜为2201 型渗透汽化脱水膜。 0019 步骤 (2) 中所述的渗透汽化分离装置的有效膜面积与反应液体积之比 0.08 0.12cm-1； 0020 步骤 (2) 中泵入渗透汽化膜分离装置的反应液的循环流量为 40 105L/h。 0021 步骤 (2) 中所述的渗透汽化膜分离装置的膜下游侧真空度为 500 700Pa。

15、。 说 明 书 CN 101139290 B3/4 页 5 0022 本发明将优先透水的渗透汽化膜用于 2-KLG 甲酯化反应过程， 形成酯化反应 - 膜 分离集成工艺， 使反应产物中的副产物水透过膜被及时地除去， 使酯化反应突破常规酯化 反应平衡的限制， 反应稳定。所获高纯度的 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯液， 可直接进入后续 生产工序， 明显改进 VC的生产工艺， 提高 VC的产量。本发明的集成工艺采用的膜面积少， 初始反应液中醇 / 酸质量比以及反应温度都较低， 能大幅度提高 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯 (2-Me-KLG) 的得率。本发明的工艺可以在现有的 VC工业生产的酯化反应。

16、生产线实施， 将膜 分离装置与酯化反应器连接安装即可， 工艺简单， 易投产。 附图说明 0023 图 1 本发明方法工艺流程图 ； 0024 图 2 为本发明酯化反应 - 渗透汽化膜分离集成工艺的实验装置示意图， 图中 ： 0025 1- 酯化反应液， 2- 料液泵， 3- 渗透汽化膜分离器， 4- 渗透汽化膜， 5- 取样瓶， 6- 冷 阱， 7- 真空泵， 8- 冷凝回流管， 9- 三口烧瓶， 10- 恒速电子搅拌器， 11- 恒温水浴锅。 具体实施方式 0026 实施例 1 0027 参见图 1， 2-KLG 甲酯化反应 - 渗透汽化膜分离集成工艺流程为 ： 0028 配制 2-KLG 。

17、和甲醇的二元反应液酯化反应 - 渗透汽化膜分离甲酯化反应终 止。本发明方法从 2-KLG 原料开始， 经过酯化反应 - 渗透汽化膜分离集成过程， 最后获得用 于 VC生产的高纯度的 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯液。 0029 在图 2 所示的集成工艺的实验装置中进行酯化反应 - 渗透汽化膜分离。取 400mL 甲醇 ( 密度 0.792g/mL)， 注入带有搅拌器、 回流冷凝器的三口烧瓶中， 打开搅拌器， 接着注 入 120.43g 纯度为 91的 2-KLG( 甲醇与 2-KLG 质量比为 2.89)， 反应液温度恒定于 50， 20 分钟后 2-KLG 完全溶解于甲醇中， 再升温至 66。

18、， 然后加入 1.5mL 浓硫酸 ( 密度 1.84g/ mL， 浓硫酸与 2-KLG 质量比为 0.0252)， 打开冷凝水循环， 同时打开渗透汽化膜分离装置的 进料泵， 酯化反应 - 渗透汽化膜集成工艺开始计时。所用德国 SULZER 公司生产的型号为 2201 的渗透汽化膜的有效膜面积为 60cm2( 有效膜面积与反应液体积之比为 0.126cm-1)， 进料泵的料液流量为 80L/h， 膜下游侧真空度为 650Pa。通过高效液相色谱仪 (HPLC) 检测各个时刻反应液中各组分及其含量。酯化反应 - 膜分离集成系统进行的酯化 反应 8 9 小时后， HPLC 分析表明， 反应液中的 99。

19、.06的 2-KLG 已转化为 2-Me-KLG， 此时 终止甲酯化反应， 获得 476mL 淡黄色 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯液， 将其移入后续工序， 用于 VC 的生产。将反应液冷却， 即得到白色结晶的酯化产品 -2-Me-KLG。 0030 HPLC的色谱操作条件如表1所示。 表1操作条件同样应用于本发明的其他的实施 例。 0031 表 1.HPLC 及其色谱操作条件 说 明 书 CN 101139290 B4/4 页 6 0032 0033 实施例 2 0034 按照实施例 1 的操作， 其中， 仅改变渗透汽化膜的有效膜面积与反应液体积之比 为 0.083cm-1， 膜下游侧真空度。

20、为 600Pa， 甲酯化反应结束时， HPLC 分析表明， 反应液中的 93.86的 2-KLG 转化为 2-Me-KLG， 获得 479mL 淡黄色 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯液。 0035 实施例 3 0036 按照实施例 1 的操作， 其中， 仅改变甲醇与 2-KLG 质量比为 1.74， 膜下游侧真空度 为 670Pa， HPLC 分析表明， 反应液中的 98.17的 2-KLG 转化为 2-Me-KLG， 获得 516mL 淡黄 色 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯液。 0037 实施例 4 0038 按照实施例 1 的操作， 其中， 分别改变仅改变甲醇与 2-KLG 质量比为 1。

21、.34， 3mL， 膜 下游侧真空度为 600Pa， HPLC 分析表明， 反应液中的 98.73的 2-KLG 转化为 2-Me-KLG， 获 得 536mL 淡黄色 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯液。 0039 实施例 5 0040 按照实施例 1 的操作， 其中， 改变渗透汽化膜分离系统的进料液流量为 48L/h 与 浓硫酸与 2-KLG 质量比为 0.0314， 膜下游侧真空度为 620Pa， HPLC 分析表明， 反应液中的 98.98的 2-KLG 转化为 2-Me-KLG， 获得 476mL 淡黄色 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯液。 0041 实施例 6 0042 按照实施例 1 的操作， 其中， 改变渗透汽化膜分离系统的进料液流量为 100L/h， 以 及浓硫酸与 2-KLG 质量比为 0.0142， 膜下游侧真空度为 670Pa， HPLC 分析表明， 反应液中的 99.93的 2-KLG 转化为 2-Me-KLG， 获得 470mL 淡黄色 2- 酮基 -L- 古龙酸甲酯液。 说 明 书 CN 101139290 B1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 。