一種蒸餾-熔融結晶耦合工藝精製異山梨醇的方法
2023-12-03 08:13:01
專利名稱：一種蒸餾-熔融結晶耦合工藝精製異山梨醇的方法
技術領域：
本發明屬於化工技術領域，具體涉及一種採用蒸餾-熔融結晶耦合工藝精 制異山梨醇的方法。
背景技術：
將異山梨醇作為聚合物添加劑加入到PET中，以提高聚合物的玻璃化溫 度Hg成為近年來研究的熱點，使得人們又重新掀起異山梨醇的製備和提純熱 潮。異山梨醇作為口服利尿劑在醫藥方面具有重要的應用，也是治療顱內增 壓症的優良降壓藥，除此之外異山梨醇又可以作為醫藥中間體，大量應用於 製備治療冠心病特效藥硝基異山梨醇酯(消心痛)和其他成品藥以及合成有機 農藥。因為異山梨醇具有特殊的手性特徵，作為中間體，應用於液晶材料的 合成，廣泛應用於電子，國防等領域。在國內異山梨醇的生產產家不多，並 且生產規模小，產量產能低，遠不能滿足國內市場的需求。
傳統的異山梨醇生產方法是加熱熔融山梨醇後加入酸性催化劑在減壓條 件下催化脫水得到1,4-脫水山梨醇再經二次脫水得到異山梨醇。該反應副反 應多，在脫水產生異山梨醇的同時也產生其他脫水產物，使得異山梨醇的提 純比較困難。目前異山梨醇的提純方法有蒸餾、離子交換、重結晶、層析分 離及其互相組合的方法。如在1964年Ludwig A. Hartmann發表的美國專利中 先用高碘酸氧化產物中的一些雜質後用在120-150 °C， 0.3 mmHg的壓力下真 空蒸餾，再用結晶或離子交換樹脂進一步提純得到異山梨醇純度為90%。在 2003年Michael A.Hubbard發表的專利使用的是先在低溫下蒸發易揮發性物 質，再高溫下用惰性氣體保護下，加含氫離子，溫度120-140 °C，壓力0.75 mmHg條件下減壓蒸餾，再用其他方法進一步提純。在2007年Alexandra J.sanbom發表的專利中使用的方法是先通過旋轉蒸發除去水份，再用擦式膜蒸發器160-180 °C ， 0.1-1 mmHg條件下兩步蒸餾，得到的異山梨醇純度只 能達到99%。從前人發表專利來看，減壓蒸餾是異山梨醇提純的一種確實可 行的方法，經減壓蒸餾可得到異梨醇粗品。粗產品的提純方法多樣，如用二 次蒸餾耗能高，不經濟，而他們所用的結晶和離子交換的方法得到異山梨醇 純度還不能滿足現在工業的要求，最高只有99%。而作為醫藥、食品添加劑 以及聚合物共聚單體，需要異山梨醇純度達到99.5%以上。為了滿足工業上 異山梨醇的應用要求，需要找到一種高效可行經濟的異山梨醇提純方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種採用蒸餾-熔融結晶耦合精製異山梨醇的方法。 本發明的蒸餾操作簡單，不需要惰性氣體保護；採用熔融結晶克服了二次蒸 餾能耗大、生產成本高，溶劑結晶使用有機溶劑，大部分有機溶劑有毒，使 其有害於生產操作人員健康並且產生大量有機廢棄物，造成環境汙染等缺點； 以及採用蒸餾和結晶進行耦合方法節省大量能耗，使分離操作連續進行，能 夠滿足工業化大規模生產的要求。得到純品異山梨醇純度達到99.5%以上， 能夠滿足食品、藥品以及用於製備一些功能材料的要求。
本發明的目的可以通過以下措施達到
將山梨醇脫水混合液通入蒸餾罐，在蒸餾罐中進行減壓蒸餾，低沸點的 異山梨醇汽化從上部流出進入換熱器，高沸點的山梨醇、1.4-脫水山梨醇以 及一些其他脫水產物留在釜底，從釜底排出。上部出來的蒸汽導入進入換熱 器進行換熱，經過換熱器後換熱後蒸汽冷凝為液態，經換熱後的低沸點餾份 直接通入結晶器中進行降溫結晶。
上述蒸餾過程的溫度控制在150-200 'C之間，優選165-180 'C之間，蒸 餾需要在減壓條件下進行，壓力為絕對壓力300-2000 Pa，優選400-900 Pa 之間。蒸餾可以連續進料連續蒸餾也可一次性進料，蒸餾完後再進料。
上述換熱過程物料經換熱器換熱後達到進入熔融結晶所需要的溫度，物 料出口溫度為55-90 。C ，優選65-75 。C 。
上述降溫結晶過程為熔融結晶，其包括4個步驟掛膜、結晶、發汗、熔化。具體實施方法為首先向結晶器中通入液態高純度異山梨醇停留2-8 min，後將未結晶成膜的異山梨醇放出，這時結晶器表面上形成一層異山梨 醇晶體膜，把結晶器溫度升至45-50 'C,然後通入經上一步換熱後達到一定 溫度要求的低沸點餾份，停留0.5-1.5小時使晶層生長，待晶層生長到一定程 度後降溫使晶層繼續生長2-6小時，降溫速率為0.01-0.08 °C/min，降結晶後 排放出沒有結晶的剩餘原料液；再以0.005-0.1 °C/min的速率升高結晶器溫 度，使結晶層發汗，發汗終點溫度為45-80 °C;形成高純異山梨醇結晶後， 將結晶器升溫至8(TC以上，將晶層全部熔化，收集高純度異山梨醇產品。
其中掛膜過程形成的結晶膜的厚度要適中， 一般在0.1-0.5 mm間。結晶 過程中降溫速率為0.01-0.08 nC/min，優選0.03-0.05 °C/min，降溫時間在2-6 小時間，優選2-4小時，因為隨著結晶到一定程度，母液中異山梨醇含量變 小，使得結晶速率變慢，降溫對結晶影響變小，所以在降溫到一定程度就可 以保持溫度不變使晶體繼續生長一定厚度，晶層生長厚度由結晶器尺寸和發 汗操作效率決定。發汗過程的升溫速率為0.005-0.1 aC/min，優選0.01-0.04 °C/min，發汗終點溫度為45-80 °C，優選60-70 °C。
上述方法所述的熔融結晶和減壓蒸餾過程連續進行，減壓蒸餾出來的粗 異山梨醇為氣態，只需稍微冷卻到熔融結晶進料溫度即可，這樣不需要單獨 加熱熔化粗異山梨醇晶體，節省大量的能量。由於結晶過程所需時間長，減 壓蒸餾和熔融結晶又要連續進行，我們就選用多個結晶器輪換進行結晶。下 面結合本發明附圖進行詳細說明操作過程。
反應後的混合液經原料泵打入蒸餾罐中，控制蒸餾罐壓力為300-2000 Pa，加熱溫度到150-200 °C，進行減壓蒸餾。高沸點餾份從釜底排出，低沸 點餾份從釜頂流出，流出後進入換熱器換熱，換熱出口溫度為65-90 °C，再 進入結晶器進行降溫結晶。結晶器可有3-8個輪流結晶，具體實施方法為開 通結晶器1的閥，關閉其他閥，經換熱後的粗異山梨醇產品流入已經掛膜的 結晶器1，使粗異山梨醇晶層生長1-1.5小時，此時關閉結晶器1的閥打開結 晶器2的閥，使蒸餾出的粗異山梨醇產品進入結晶器2進行結晶，同樣結晶器2中晶層生長一定程度後關閉結晶器2的閥，打開下一個未結晶的結晶器 閥，如此依次循環。結晶器中晶層生長1-1.5小時後以0.01-0.08 。C/min的速 率降溫結晶，使晶體繼續生長2-6小時。晶體生長後排放出未結晶的雜質液， 再升高結晶器的溫度使晶體發汗，升溫速率為0.005-0.1 °C/min，發汗終點溫 度為45-80 °C，發汗後排出汗液再升高溫度熔化純淨的異山梨醇晶體收集至 儲罐。結晶完成的結晶器洗淨後掛膜準備下一次結晶使用。上述過程3-8個 結晶器輪流循環使用，使得蒸餾和結晶連續進行。
本發明特點在於首先採用減壓餾蒸對山梨醇脫水產物進行初步分離得到 粗純異山梨醇產品，再使用熔融結晶對粗純異山梨醇進行精製，脫水產物經 過蒸餾和結晶兩步提純，得到異山梨醇純度高於99.5%，能夠滿足藥品和工 業上產品純度要求。蒸餾操作簡單易於控制，熔融結晶不使用有機溶劑，不 產生有機廢棄物，是一種環保經濟可行的分離操作。本發明另一重要物質特 徵是通過蒸餾和結晶耦合，使蒸餾出的蒸汽換熱後立即進行結晶，節省了大 量能耗，再通過多個結晶器輪流結晶使蒸餾和結晶能夠連續進行，有利於大 規模連續生產，能夠適應工業化生產的要求。
本發明優點
本發明的目的是提供一種採用蒸餾-熔融結晶耦合精製異山梨醇的方法。 本發明的蒸餾操作簡單，不需要惰性氣體保護；採用熔融結晶克服了二次蒸 餾能耗大、生產成本高，溶劑結晶使用有機溶劑，大部分有機溶劑有毒，使 其有害於生產操作人員健康並且產生大量有機廢棄物，造成環境汙染等缺點； 以及採用蒸餾和結晶進行耦合方法節省大量能耗，使分離操作連續進行，能 夠滿足工業化大規模生產的要求。得到純品異山梨醇純度達到99. 5%以上，能 夠滿足食品、藥品以及用於製備一些功能材料的要求。
圖1為本發明的蒸餾-結晶耦合法精製異山梨醇工藝流程圖示意圖。
圖中l.物料泵；2.蒸餾罐；3.換熱器；4.貯罐；Cl.結晶器1; C2.結
晶器2; C3.結晶器3。
具體實施例方式
實施例l
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為63%, 加熱混合液至155'C，抽真空，控制真空度在320Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾 出的低沸點餾份收集保持在7(TC,然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生 長0.8小時，再以0.02'C/min的速率降溫使晶層繼續生長3小時，將未結晶 的液體排放出結晶器；以0.01 °C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發 汗終點溫度為45r，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取 樣分析。得到446g異山梨醇純品，純度為99.92%。 實施例2
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為65%， 加熱混合液至17(TC，抽真空，控制真空度在320 Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾 出的低沸點餾份收集保持在6(TC，然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生 長0.8小時，再以0.02'C/min的速率降溫使晶層繼續生長3小時，將未結晶 的液體排放出結晶器；以0.03 。C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發 汗終點溫度為55'C,排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取 樣分析。得到486g異山梨醇純品，純度為99.84%。 實施例3
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為63%， 加熱混合液至185'C，抽真空，控制真空度在320 Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾 出的低沸點餾份收集保持在65'C，然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生 長l小時，再以0.03 'C/min的速率降溫使晶層繼續生長3.5小時，將未結晶 的液體排放出結晶器；以0.05 'C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發 汗終點溫度為55'C，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取 樣分析。得到522g異山梨醇純品，純度為99.63%。 實施例4
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為71%，
8加熱混合液至175。C，抽真空，控制真空度在450Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾 出的低沸點餾份收集保持在68。C,然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生 長1小時，再以0.04 °C/min的速率降溫使晶層繼續生長3小時，將未結晶的 液體排放出結晶器；以0.06 "C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發 汗終點溫度為65t:，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取 樣分析。得到516g異山梨醇純品，純度為99.76%。 實施例5
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為68%, 加熱混合液至175 °C，抽真空，控制真空度在600 Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾 出的低沸點餾份收集保持在7(TC，然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生 長0.8小時，再以0.06 'C/min的速率降溫使晶層繼續生長3小時，將未結晶 的液體排放出結晶器；以0.02'C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發 汗終點溫度為55'C，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取 樣分析。得到446g異山梨醇純品，純度為99.65%。 實施例6
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為48%， 加熱混合液至185'C，抽真空，控制真空度在350Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾 出的低沸點餾份收集保持在75'C，然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生 長0.8小時，再以0.015 'C/min的速率降溫使晶層繼續生長3小時，將未結 晶的液體排放出結晶器；以0.02 °C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗， 發汗終點溫度為55"C，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來， 取樣分析。得到458g異山梨醇純品，純度為99.58%。 實施例7
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為73%, 加熱混合液至17(TC，抽真空，控制真空度在720 Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾 出的低沸點餾份收集保持在73'C，然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生 長0.5小時，再以0.03 'C/min的速率降溫使晶層繼續生長6小時，將未結晶的液體排放出結晶器；以0.05 °C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發汗終點溫度為65'C，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取樣分析。得到524 g異山梨醇純品，純度為99.84%。實施例8
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為57%，加熱混合液至195"C，抽真空，控制真空度在850Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾出的低沸點餾份收集保持在7(TC，然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生長0.8小時，再以0.02 'C/min的速率降溫使晶層繼續生長3.5小時，將未結晶的液體排放出結晶器；以O.Ol °C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發汗終點溫度為55。C，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取樣分析。得到576g異山梨醇純品，純度為99.52%。實施例9
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為66%，加熱混合液至165'C，抽真空，控制真空度在380Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾出的低沸點餾份收集保持在65X:，然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生長0.8小時，再以0.04 i:/min的速率降溫使晶層繼續生長2小時，將未結晶的液體排放出結晶器；以0.008 X:/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發汗終點溫度為55。C，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取樣分析。得到427 g異山梨醇純品，純度為99.75%。實施例10
將1Kg山梨醇脫水產物導入蒸餾罐中，經檢測異山梨醇的含量為63%，加熱混合液至155r，抽真空，控制真空度在320 Pa，進行減壓蒸餾。蒸餾出的低沸點餾份收集保持在60。C，然後導入已經掛膜的結晶器中，使晶層生長0.8小時，再以0.06 。C/min的速率降溫使晶層繼續生長1.5小時，將未結晶的液體排放出結晶器；以0.008 °C/min的速率升高結晶器溫度使晶層發汗，發汗終點溫度為65'C，排盡熔化的液體；升高溫度使晶層熔化後收集起來，取樣分析。得到389g異山梨醇純品，純度為99.54%。
10
權利要求
1、一種蒸餾-熔融結晶耦合工藝精製異山梨醇的方法，其特徵在於山梨醇脫水混合液導入蒸餾罐，在蒸餾罐中進行減壓蒸餾，低沸點的異山梨醇汽化從上部流出導入換熱器，經過換熱器換熱後蒸汽冷凝為液態，經換熱後的上部餾份直接通入結晶器中進行降溫結晶，實現蒸餾和結晶耦合的工藝。
2、 根據權力要求1所述的方法，其特徵在於所述的蒸餾為減壓蒸餾，蒸 餾溫度為150-200 °C，壓力為絕對壓力300-2000Pa。
3、 根據權力要求1所述方法，其特徵在於低沸點餾份經換熱器換熱後出 口溫度為55-90 °C。
4、 根據權力要求1所述的方法，其特徵在於蒸餾溫度為165-180 °C，蒸 餾壓力為400-900 Pa，換熱器出口溫度為65-75 °C 。
5、 根據權力要求1所述方法，其特徵在於所述的降溫結晶為熔融結晶過 程，其包括四個過程掛膜、降溫結晶、發汗、熔化，其過程為在室溫下的 結晶器中通入高純異山梨醇使結晶內表面開成一層異山梨醇晶體膜，然後升 高結晶器溫度至45-50 'C，再通入經換熱後的蒸餾出的低餾份物料，停留1-1.5 小時使晶層生長，然後降低結晶器的溫度使晶層繼續生長，待結晶層生長到 10-50 mm厚度後排出未結晶的雜質液，然後升高溫度使晶體發汗，排出汗液 得到高純異山梨醇晶體，再升溫熔化晶體收集。
6、 根據權力要求4所述方法，其特徵在於所以降溫使晶體生長的降溫速 率為0.01-0.08 °C/min，晶層厚度生長到10-50 mm。
7、 根據權力要求4所述方法，其特徵在於發汗升溫速率為0.005-0.1 aC/min，發汗終點溫度為45-80 °C。
8、 根據權力要求4所述方法，其特徵在於降溫速率為0.03-0.05 °C/min, 發汗升溫速率為0.01-0.06 'C/min，發汗終點溫度為60-70 °C。
9、 根據權力要求1所述方法，其特徵在於蒸餾和結晶過程連續進行，蒸 餾出的低沸點餾份經換熱到結晶過程要求的進口溫度後直接進入結晶器進行降溫結晶，實行減壓蒸餾和熔融結晶耦合的工藝，熔融結晶過程選用3-8 結晶器輪流循環使用，使得蒸餾和結晶能夠連續進行。
全文摘要
本發明公開一種蒸餾-熔融結晶耦合工藝精製異山梨醇的方法，將山梨醇脫水混合液導入蒸餾罐進行減壓蒸餾，低沸點的異山梨醇汽化從上部流出進入換熱器，高沸點的山梨醇、1.4-脫水山梨醇以及一些其他脫水產物留在釜底，從釜底排出。上部出來的蒸汽導入進入換熱器進行換熱，經過換熱器後換熱後蒸汽冷凝為液態，經換熱後的低沸點餾份直接通入結晶器中進行降溫結晶。降溫結晶過程為熔融結晶，包括4個步驟掛膜、結晶、發汗、熔化。本發明施行蒸餾和熔融結晶工藝耦合精製異山梨醇，熔融結晶過程選用3-8個結晶器輪流循環使用，使得蒸餾和結晶能夠連續進行。本發明具有操作簡單，環境汙染小，耗能小等優點，異山梨醇最終純度能夠達到99.5％以上。
文檔編號C07D493/00GK101665497SQ20091018347
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月22日 優先權日2009年9月22日
發明者餘定華, 謝毓勝, 和 黃 申請人:南京工業大學