一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備的製作方法

2023-05-19 03:43:11

一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備的製作方法
【專利摘要】一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，所述設備包括攪拌釜、膠體磨和粒級分離器，其中攪拌釜設有攪拌槳，該攪拌釜的出料口以管道連接至該膠體磨的入料口，該膠體磨的出料口又以管道連接至該粒級分離器的入料口，該粒級分離器以一個出料口輸出輕相，並連接至一苷化合成反應器。該設備是在進行苷化反應前，將無水葡萄糖或果糖在高級脂肪醇中擬溶膠化處理，即通過製備膠體的方法，將葡萄糖或果糖分散到脂肪醇溶液中，製備顆粒平均粒徑小於1微米的擬溶膠化葡萄糖或果糖的脂肪醇溶液。藉此可有效提升了葡萄糖或果糖在脂肪醇中的溶解度，葡萄糖或果糖顆粒粒徑更小，更為均勻，加強固/液兩相的接觸和傳質，加快苷化反應速度，縮短反應工序時長，提高葡萄糖或果糖的轉化率。
【專利說明】一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於烷基糖苷製備工藝領域，具體涉及「一步法」製備烷基糖苷的新設備。
【背景技術】
[0002]烷基糖苷(APG)，是自20世紀90年代出現的一種新型非離子表面活性劑，一般是由天然的可再生資源脂肪醇和糖類化合物(多為葡萄糖，也可為其他單糖或可水解為單糖的化合物)，在酸性催化劑下脫水形成的。由於APG兼具有非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的許多特徵，與任何表面活性劑都能較好的復配，同時具有高效、無毒、對皮膚無刺激、能夠完全生物降解、協同效應明顯等特點，因而被廣泛應用於人們生活的各個領域。
[0003]當前行業內，工業生產烷基糖苷的方法主要有兩種，一種是早期使用的「兩步法」，即就是先使用葡萄糖與低級醇反應，然後再和高級醇進行縮醛交換反應，得到高級的糖苷，最後經蒸餾、漂白等工藝製得烷基糖苷水溶液，該方法也稱之為「轉糖苷化法或縮醛交換法」。例如，相關的專利申請有美國專利US5374716、中國專利CN92102625.0 ;CN95116215.2 ；CN95116217.9 ；CN92102625.0等都採用了此方法。此方法雖然生產過程容易控制，但其工藝流程長而且所得的APG產品質量較差而逐漸被淘汰。這是由於產品具有強烈的刺激性氣味以及顏色較深，究其原因是產品中含有較多的殘餘醇，以及反應流程過長，而使得葡萄糖以及糖苷等熱敏性物質長時間受熱被焦化得到棕黑色產品，又因殘醇含量高，且反應時間較長等問題，最終產品多為混苷，不利於後序工段衍生物的製備，影響最終產品質量，且產品HLB值(親水親油平衡值)不易調控。
[0004]生產烷基糖苷的另一種方法是「一步法」，又稱之為直接糖苷化法，即由葡萄糖或其他單糖直接和高級脂肪醇在一定溫度、壓力和酸性催化劑存在下，使高級脂肪醇直接與葡萄糖進行固/液相反應製備烷基糖苷，反應原理是葡萄糖環上的半縮醛羥基與脂肪醇羥基的縮醛化過程，即苷化反應，然後經中和、蒸餾、漂白後得到烷基糖苷。該方法是目前世界上生產烷基糖苷的主流方法。但是，在一步法生產烷基糖苷的過程中，製取烷基糖苷的反應過程受到葡萄糖在醇中的溶解度制約，由於葡萄糖在高級醇中的溶解度很小，為固-液兩相，致使合成反應速率低，又因為葡萄糖易於結塊，發生聚糖或分子內脫水等副反應，而使反應惡化，副產物過多。為了解決該問題，美國專利US5576425記載了提前將葡萄糖和高級醇製成懸浮液的處理，再分若干批次加入到反應器中，來緩解葡萄糖的副反應，顯然該方法不能實現連續化苷化反應。而中國專利申請200510096464.8還記載了將無水葡萄糖或含結晶水的葡萄糖進行超微粉化處理後再和高級醇混合進行反應。而中國專利200410064505.0在反應器上安裝外循環裝置，藉助物料外循環加強固/液兩相的充分混合和傳質，加強葡萄糖在醇中的溶解，從而加快反應速度。這些措施一定程度上能有效提高反應速度，但苷化反應時間仍較長，漂白前的產品顏色太深，反應液中的殘糖含量較高，為後序工段的處理增加了麻煩。分析原因，主要有三個方面，第一:懸浮液或微粉顆粒的沉降速度過快，造成葡萄糖聚集焦化，葡萄糖轉化率低，即使通過外循環，也無法有效改善；第二:微粉化的葡萄糖顆粒大小不一，不均勻，反應速度加快有限。第三:利用外循環裝置並沒有改善固相葡萄糖的界面性質，反應速度的提高有限，反應溫度高，反應時間長。
實用新型內容
[0005]本實用新型提供一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理方法，以及一個預處理設備。
[0006]本實用新型的預處理設備用於將烷基糖苷的反應物進行預處理，其安裝在苷化合成反應器之前，用於提前將無水葡萄糖或果糖在高級脂肪醇中擬溶膠化預處理，即通過製備膠體的方法，將葡萄糖或果糖分散到脂肪醇溶液中，製備顆粒平均粒徑小於I微米的擬溶膠化葡萄糖或果糖的脂肪醇溶液。
[0007]該預處理方法包括步驟:(I)混合步驟:脂肪醇與無水葡萄糖或果糖按一定比例混合攪拌均勻；(2)研磨步驟:送入膠體磨進行擬溶膠化研磨處理；(3)離心步驟:將步驟
(2)出來的混合物送入粒級分離器，該粒級分離器根據顆粒粒徑不同分成重相和輕相兩部分，取平均粒徑小於I微米的輕相作為合格的擬溶膠化預處理產物，送入苷化合成反應器。
[0008]重相和輕相是根據經粒級分離器分離後，由於顆粒粒徑大小的不同，依次在設備中分層，上層顆粒平均粒徑小而稱之為輕相，下層顆粒平均粒徑較大而稱之為重相，通過取上層輕相樣品，在顯微鏡下觀察直至輕相樣品顆粒平均粒徑小於I微米後即為合格，將合格的擬溶膠化預處理產物，送入苷化合成反應器參加反應；不合格的輕相再回到步驟(I)或步驟(2)。
[0009]其中，步驟(I)中脂肪醇與葡萄糖或果糖的混合比例為質量比，其值可在(0.5:O?(5:1)範圍內調節，較為適宜的比值為I?2:1。
[0010]其中，步驟(I)- (3)中各步驟所處理的時間比大致為1:3:3。
[0011]其中，步驟(I)的混合步驟可在攪拌釜內進行，該攪拌釜具有攪拌槳，該攪拌槳為漿式、錨式或框式結構的攪拌槳。
[0012]其中，步驟(2)中所使用的膠體磨為立式或臥式結構。
[0013]其中，步驟(3)中分離所形成的重相又以輸送管道送回至步驟(1)，再次進行上述三個步驟的循環。
[0014]其中，步驟(3)中的粒級分離器可為通過液體自旋產生離心力場實現粒級分離，也可通過外加動力帶動轉子旋轉而引起的離心力場實現粒級分離。
[0015]為了對製備烷基糖苷的反應物進行上述的預處理，本實用新型提供了相應的預處理設備，所述設備包括攪拌釜、膠體磨和粒級分離器，其中攪拌釜設有攪拌槳，該攪拌釜的出料口以管道連接至該膠體磨的入料口，該膠體磨的出料口又以管道連接至該粒級分離器的入料口，該粒級分離器以一個出料口輸出輕相，並連接至苷化合成反應器。
[0016]優選的，該粒級分離器還具有另一個出料口輸出重相，其又以管道連接至該攪拌釜的回料口。
[0017]其中，所述攪拌釜的出料口與該膠體磨的入料口之間的管道上設有輸送泵。
[0018]其中，於所述輸送泵的兩側均設有閥門。
[0019]其中，所述粒級分離器的兩個出料口處各設有一個調節閥門，用以控制葡萄糖或果糖的脂肪醇擬溶膠化溶液的輸出流量和顆粒平均尺寸。[0020]調節閥門的調節方式是通過取上層輕相樣品，在顯微鏡下觀察直至輕相樣品顆粒平均粒徑小於I微米後，則可開啟輕相出口的調節閥門，取合格的擬溶膠化預處理產物，送入苷化合成反應器。同時，調節重相出口的調節閥門，調節取樣量的大小，調節重相回到步驟(I)的量，使輕相和重相維持一定的重量比，以使取出的輕相顆粒平均粒徑能夠滿足小於I微米的要求。
[0021 ] 其中，所述攪拌槳為漿式、錨式或框式結構的攪拌槳。
[0022]其中，所述膠體磨為立式或臥式結構。
[0023]其中，所述旋液粒級分離器可為旋液式、離心式或水力旋流式。
[0024]本實用新型提供一種烷基糖苷的製備方法，其包括反應物預處理、苷化反應、中和、蒸餾脫醇、精製，其中該反應物預處理是按照上述任一種反應物預處理方法進行處理，其他的工序方法則不限定。
[0025]本發明的烷基糖苷的製備方法，是在進行苷化反應前，將無水葡萄糖或果糖在高級脂肪醇(選擇常用的C8-C20的高級脂肪醇)中擬溶膠化處理，製備顆粒平均粒徑小於I微米的擬溶膠化葡萄糖或果糖的脂肪醇溶液，然後將擬溶膠化的葡萄糖或果糖的脂肪醇溶液送入苷化合成反應器進行苷化反應，該方法能夠連續的提供顆粒較為均勻、粒度低於I微米的擬溶膠化葡萄糖或果糖的脂肪醇溶液，有效提升了葡萄糖或果糖在脂肪醇中的溶解度，葡萄糖或果糖顆粒粒徑更小，更為均勻，加強固/液兩相的接觸和傳質，加快苷化反應速度，縮短反應工序時長，提高葡萄糖或果糖的轉化率。同時，由於預先形成了平均粒度低於I微米的擬溶膠化葡萄糖或果糖的脂肪醇溶液，使葡萄糖或果糖的沉降速度小於
1.17mm/min,使絕大部分的葡萄糖或果糖能夠在醇液中參與苷化反應,而不會快速發生聚集、沉降至反應器底部被焦化成棕黑色，避免產生多苷等副產物。
[0026]由於本發明的方法和設備可連續間斷地生產苷化反應所需的合格的輕相，而且經過擬溶膠化處理的葡萄糖或果糖的脂肪醇溶液，可快速發生苷化反應，因此使得烷基糖苷的工業化生產實現連續化。試驗也證明，利用本發明的方法所生產的烷基糖苷，其產品質量高，烷基糖苷產品無色、透明、無異味。
[0027]說明書附圖
[0028]圖1為本發明反應物預處理設備示意圖。
[0029]圖2為本發明烷基糖苷製備方法流程圖。
[0030]I攪拌釜2膠體磨3粒級分離器[0031 ] 4輕相出料調節閥5重相出料調節閥
[0032]6輸送泵。
【具體實施方式】
[0033]本發明鑑於現有生產工藝的不足，在苷化反應之前增加一個固體葡萄糖粉或果糖粉的預處理步驟，即將無水葡萄糖或果糖在高級脂肪醇中擬溶膠化處理，利用製備膠體的方法，將葡萄糖分散到脂肪醇溶液中，製備顆粒粒徑小於I微米的擬溶膠化葡萄糖或果糖脂肪醇溶液。
[0034]本發明的預處理方法為分散法，具體包括步驟:(1)混合步驟:脂肪醇與無水葡萄糖粉末按一定比例混合攪拌均勻，兩者的質量比，值可在(0.5:1)?(5:1)範圍內調節，較為適宜的比值為(1:1)?(2:1);(2)研磨步驟:送入膠體磨進行擬溶膠化研磨處理；(3)分離步驟:然後送入旋液粒級分離器，分成重相和輕相兩部分，取平均顆粒粒徑小於I微米的輕相作為合格的擬溶膠化預處理產物送入苷化合成反應器。步驟(I)的混合步驟可在攪拌釜內進行，該攪拌釜具有攪拌槳，該攪拌槳為漿式、錨式或框式結構的攪拌槳；步驟(2)中所使用的膠體磨為立式或臥式結構；步驟(3)中的粒級分離器可為旋液式、離心式或水力旋流式。
[0035]本發明預處理方法，採用的工藝路線和設備，請結合圖1所示，先將脂肪醇與葡萄糖按一定比例，質量比為(0.5:1)?(5:1)送入攪拌釜I中混合均勻後，經出料口輸出，並通過輸送泵6送入膠體磨2的入料口，在膠體磨2內研磨而進行擬溶膠化處理，然後送入粒級分離器3的入料口，分成重相和輕相兩部分，該粒級分離器3具有兩個出料口，分別用於導出輕相和重相，重相由出料口出來再通過管道回到攪拌釜1，取輕相在1000倍顯微鏡下觀察，當平均粒徑小於I微米，此時輕相為合格的擬溶膠化產物，由另一個出料口導出，送入烷基糖苷苷化合成反應器，同時向苷化合成反應器補加醇，使醇糖質量比達到一定配t匕。其中，輕相的出料口及重相的出料口處分別設有調節閥門4和調節閥門5，控制調節閥門4和調節閥門5可控制葡萄糖脂肪醇擬溶膠化溶液的流量和顆粒尺寸。調節閥門4、5的調節方式是通過取上層輕相樣品，在顯微鏡下觀察直至輕相樣品顆粒平均粒徑小於I微米後，則可開啟輕相出口的調節閥門4，取合格的擬溶膠化預處理產物，送入苷化合成反應器。同時，調節重相出口的調節閥門5，調節取樣量的大小，調節回復到步驟(I)的重相量，使輕相和重相維持一定的重量比，以使取出的輕相顆粒平均粒徑能夠滿足小於I微米的要求。
[0036]上述輸送泵6的兩側管道上也可設有調節閥門，而攪拌釜I設有攪拌槳，攪拌槳可為漿式、錨式或框式結構的攪拌槳，膠體磨2可為立式和臥式結構，粒級分離器3可為旋液式、離心式或水力旋流式。
[0037]以前述預處理方法及設備所處理的擬溶膠化葡萄糖或果糖的脂肪醇溶液，其中的顆粒大小在1000倍的顯微鏡下觀察和測算，平均粒徑為0.1 μ m-Ι μ m，經過測算，所形成顆粒其平均的沉降速度約為30分鐘，沉降距離小於4cm。這個沉降速度可保證在苷化反應進程中，葡萄糖或果糖顆粒可浮於脂肪醇中，不會發生聚集、結塊、沉降至反應器底部和無法攪拌到的邊角處。
[0038]以下舉出具體實施例和對照實驗加以說明:
[0039]實施例1:取癸醇與葡萄糖粉按2:1的比例混合後放入攪拌釜I混合均勻，以每小時0.5m3的流量送入膠體磨2中研磨，從膠體磨2出來的液體送入粒級分離器3，調節閥門5和閥門4的出料速度，使粒級分離器3內的輕相與重相質量比為1:7，得到擬膠體化的輕相。應用顯微鏡觀察，輕相中粒子直徑小於2.5微米，視野內平均粒徑約0.8微米，將其置於量筒中觀察，30分鐘沉降距離小於3.5釐米。將從粒級分離器3頂部或中央的出料口出來的輕相物料，經觀察合格，向其中補加癸醇使醇糖質量比達到5:1，後升溫至100°C，再加入原料總質量0.5%的酸性催化劑進行苷化合成反應，90分鐘反應液變得澄清，進行殘糖含量的測定，經檢測殘糖含量等於0.03%，經觀察反應液為無色透明。
[0040]實施例2:取癸醇與葡萄糖粉按2:1的比例混合後放入攪拌釜I混合均勻，以每小時0.5m3的流量送入膠體磨2中研磨，從膠體磨2出來的液體送入粒級分離器3，調節閥門5和閥門4的出料速度，使粒級分離器3內的輕相與重相質量比為1:7，得到擬膠體化的輕相。應用顯微鏡觀察，輕相中粒子直徑最大為I微米，視野內平均粒徑約0.5微米，將其置於量筒中觀察，30分鐘沉降距離小於2釐米。將從粒級分離器3出料口出來的輕相物料，向其中補加癸醇使醇糖質量比達到5:1，後升溫至100°C，加入原料總質量0.5%的酸性催化劑進行反應，80分鐘反應液變得澄清，進行殘糖含量的測定，經檢測殘糖含量等於0.02%，經觀察反應液無色透明。
[0041]實施例3:取含碳10-12的混合脂肪醇與葡萄糖粉按5:1的比例混合後放入攪拌釜I混合均勻，以每小時0.5m3的流量送入膠體磨2中研磨，從膠體磨2出來的液體送入粒級分離器3，調節閥門5和閥門4的出料速度，使粒級分離器3內的輕相與重相質量比為1:7，得到擬膠體化的輕相。應用顯微鏡觀察，輕相中粒子直徑最大為1.5微米，視野內平均粒徑約0.6微米，將其置於量筒中觀察，30分鐘沉降距離小於2釐米。將從粒級分離器3出料口出來的輕相物料，向其中補加碳10-12的混醇使醇糖質量比達到5:1，後升溫至100°C，加入原料總質量0.5%的酸性催化劑進行反應，90分鐘反應液變得澄清，進行殘糖含量的測定，經檢測殘糖含量等於0.02%，經觀察反應液無色透明。
[0042]對照實驗1:(與實施例1對照)
[0043]取癸醇與葡萄糖粉按2:1的比例均勻混合後，升溫至100°C，再加入原料總質量
0.5%的酸性催化劑進行反應，150分鐘反應液變得澄清，進行殘糖含量的測定，經檢測殘糖含量等於0.02%，經觀察反應液為黃色透明。
[0044]對照實驗2:(與實施例3對照)
[0045]取含碳10-12的混合脂肪醇與葡萄糖粉按5:1的比例混合均勻後，升溫至100°C，加入原料總質量0.5%的酸性催化劑進行反應，150分鐘反應液變得澄清，進行殘糖含量的測定，經檢測殘糖含量等於0.02%，經觀察反應液黃色透明。
[0046]基於前述的反應物預處理方法，本發明還提供一種烷基糖苷的製備方法，其包括步驟:反應物預處理、苷化反應、中和、蒸餾脫醇、精製步驟，其中該反應物預處理是按照前述反應物預處理方法進行處理，後續的工序方法則不限定，不限定是指從苷化反應開始到最後的精製漂白處理，都可以選擇採用現有技術中常規方法或優選方法。本發明的烷基糖苷的製備方法，其步驟流程如圖2所示。
[0047]以下為包含有本發明反應物預處理方法的烷基糖苷製備工藝(A)、與無水葡萄糖微粉化處理(B)、將葡萄糖和高級醇製成懸浮液的處理(C)，分別參與苷化反應過程中各參數的對照關係如下表。
[0048]取150千克的含碳10-12的混合脂肪醇，與30千克葡萄糖粉，酸性催化劑為1.25千克的對甲苯磺酸，其他的條件均相同，則由於在反應前，對無水葡萄糖的處理方式的差另IJ，存在以下的對照:
[0049]
【權利要求】
1.一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，所述設備包括攪拌釜、膠體磨和粒級分離器，其中攪拌釜設有攪拌槳，該攪拌釜的出料口以管道連接至該膠體磨的入料口，該膠體磨的出料口又以管道連接至該粒級分離器的入料口，該粒級分離器以一個出料口輸出輕相，並連接至一苷化合成反應器。
2.如權利要求1所述的一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，其特徵在於:該粒級分離器還具有另一個出料口輸出重相，其又以管道連接至該攪拌釜的回料口。
3.如權利要求1所述的一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，其特徵在於:所述攪拌釜的出料口與該膠體磨的入料口之間的管道上設有輸送泵。
4.如權利要求3所述的一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，其特徵在於:於所述輸送泵的兩側均設有閥門。
5.如權利要求2所述的一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，其特徵在於:所述粒級分離器的兩個出料口處各設有一個調節閥門，用以控制葡萄糖或果糖的脂肪醇擬溶膠化溶液的輸出流量和顆粒平均粒徑。
6.如權利要求1所述的一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，其特徵在於:所述攪拌槳為漿式、錨式或框式結構的攪拌槳。
7.如權利要求1所述的一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，其特徵在於:所述膠體磨為立式或臥式結構。
8.如權利要求1所述的一種用於烷基糖苷製備工藝的反應物預處理設備，其特徵在於:所述旋液粒級分離器為旋液式或離心式。
【文檔編號】C07H15/04GK203530190SQ201320521507
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】鄭學明, 尚會建, 劉紅梅 申請人:河北科技大學