乙醇胺法生产牛磺酸和产品结晶干燥工艺的研究

论文摘要

牛磺酸为一简单含硫氨基酸,是人类和哺乳动物的条件必须氨基酸。牛磺酸不参与蛋白质合成,但在细胞、组织、器官、系统水平上起保护调节作用,具有多种生理功能和药理功能,能用于保健和多种疾病的预防与治疗,广泛应用于医药原料、食品、饲料添加剂、化妆品配料等领域,也用于有机合成中间体合成洗涤剂、荧光增白剂等。近年来国际国内市场对牛磺酸的需求旺盛,每年达到5万吨,销售量每年增长20%。为了进一步提高牛磺酸的收率、降低牛磺酸的生产成本,采用乙醇胺和浓硫酸经过酯化生成乙醇胺硫酸酯进而合成牛磺酸,对牛磺酸的合成工艺作了优化,探索了牛磺酸结晶干燥工艺改进。本文对合成反应酯化段和磺化段进行了优化：中和成盐加料温度控制在20-30℃左右,滴加时间不能低于4小时,酯化温度控制在115℃；以亚硫酸钠为磺化剂进行磺化,乙醇胺硫酸酯与亚硫酸钠用量比为1：1.4为宜,磺化反应时间为16小时即基本完成；反应前用碳酸氢铵调节乙醇胺硫酸酯pH值的效果优于使用碳酸钠；比较亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵四种磺化剂,发现使用亚硫酸铵可得到最高的牛磺酸收率,但后处理不如亚硫酸钠容易。对牛磺酸结晶过程影响因素的研究表明,采用增加溶液过饱和度的方法能使牛磺酸结晶粒径变小且粒径分布趋于均匀；利用乙醇水溶液可改进牛磺酸精结晶效果,通过调节乙醇水溶液浓度、溶液pH值、搅拌速度、降温速度可对牛磺酸的堆积密度、颗粒大小进行有效控制。最佳精结晶条件pH值为5.5,搅拌速度为100转/分钟,10%乙醇溶液为结晶试剂,降温速率2℃/分钟。本文还提出了有效提高牛磺酸的抗结块性能的措施：控制结晶过程,使产品粒径分布均匀；降低产品杂质与水分含量；缩短存放时间；保持仓储温湿度稳定,在阴凉干燥条件储存；适量使用抗结块添加剂（如0.5%二氧化硅）；比较了静态热风干燥、真空双锥回转干燥、微波干燥等干燥方式对牛磺酸晶形粒径分布的影响,表明采用微波干燥或真空微波干燥方式较为适合,能尽可能保持牛磺酸的晶形和粒径分布不变；牛磺酸的稳定性研究确认牛磺酸在纸箱内置PE包装袋包装的情况下,在25℃±2℃下可以贮存3年。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 牛磺酸概述
• 2.1.1 牛磺酸的发现与性质
• 2.1.2 牛磺酸的应用
• 2.1.3 牛磺酸的制备
• 2.2 牛磺酸的分离和干燥
• 2.2.1 牛磺酸的分离
• 2.2.2 牛磺酸的干燥
• 2.3 论文选题依据、研究思路和研究内容
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验试剂和仪器
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 乙醇胺酯化法合成牛磺酸
• 3.2.1 合成反应原理
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 牛磺酸的检测
• 3.3 牛磺酸结晶过程的研究
• 3.3.1 结晶实验装置和思路
• 3.3.2 结晶过程实验内容
• 3.3.3 牛磺酸结晶的控制
• 3.4 牛磺酸稳定性研究
• 3.4.1 考察项目
• 3.4.2 稳定性试验方法
• 第四章 牛磺酸合成实验研究
• 4.1 牛磺酸的表征及有关测定方法验证
• 4.1.1 牛磺酸的表征
• 4.1.2 磺化液和粗品牛磺酸的测定
• 4.1.3 母液和粗品中亚硫酸钠的测定
• 4.2 牛磺酸合成的优化
• 4.2.1 酯化反应的优化
• 4.2.2 磺化反应的优化
• 4.2.3 不同磺化剂的使用
• 4.3 同离子效应处理亚铵法的粗品母液
• 4.3.1 有关物质溶解度比较
• 4.3.2 同离子效应脱盐的提出
• 4.3.3 有关物质含量的测定
• 4.3.4 同离子效应脱盐的实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 牛磺酸结晶过程的研究
• 5.1 牛磺酸结晶行为
• 5.2 结晶控制
• 5.2.1 溶液pH值的影响
• 5.2.2 搅拌速度的影响
• 5.2.3 溶剂极性的影响
• 5.2.4 降温速率的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 牛磺酸干燥过程及抗结块性能研究
• 6.1 不同干燥方式对牛磺酸产品的影响
• 6.2 牛磺酸结块机理
• 6.3 牛磺酸结块性能的评价方法
• 6.3.1 牛磺酸松散度
• 6.3.2 牛磺酸防结块率
• 6.4 牛磺酸结块的影响因素及预防措施
• 6.4.1 牛磺酸结块的影响因素
• 6.4.2 牛磺酸防结块措施
• 6.5 本章小结
• 第七章 牛磺酸稳定性的研究
• 7.1 实验结果与讨论
• 7.2 本章小结
• 第八章 结论和展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ 牛磺酸红外图谱
• 附录Ⅱ 硕士在读期间的学术成果
• 作者简介