專利名稱:2-羥基-4-甲硫基丁酸液體的制備方法
本發(fā)明是關(guān)于制備2-羥基-4-甲硫基丁酸(HMBA)的方法，特別是關(guān)于經(jīng)過改進(jìn)的制備含HMBA的液體產(chǎn)物的方法。
2-羥基-4-甲硫基丁酸通常被認(rèn)為是甲硫氨酸的羥基同類物，亦稱為2-羥基-4(甲硫基)丁酸，它是必需氨基酸l-甲硫氨酸的同類物。甲硫氨酸同類物可有效地提供甲硫氨酸作為營養(yǎng)成份，特別是用作家禽飼料的添加物。
工業(yè)上生產(chǎn)的HMBA是外消旋的D，L-混合物。其方法是用無機酸水解2-羥基-4-甲硫基丁腈(HMBN)，再加堿金屬的氫氧化物或碳酸鹽，沉淀出酸的殘基(acid residue)。汽化結(jié)晶后，從水相回收HMBA的鹽。如Blake等人在美國專利2745745號中所述，沉淀酸殘基時，根據(jù)加到水解液中的堿土金屬氫氧化物或碳酸鹽的摩爾比，可得到該酸的銨鹽或銨鹽與堿土金屬鹽的混合物。
最近已提出各種制備HMBA液體產(chǎn)物的方法，(如Cummins的美國專利3773927)，該液體產(chǎn)物包括高濃度(一般85-90%重量)HMBA的水溶液。按此方式得到的HMBA的液體產(chǎn)物，有強烈的刺激味，顏色相當(dāng)深。甚至用異丙醇按10∶1的比例稀釋后，在加納爾色標(biāo)上的讀數(shù)一般仍在14或14以上。濃縮液體產(chǎn)物中一般還含有酯的低聚物。在水含量≥35wt%的體系中，多數(shù)低聚物與HMBA單體達(dá)到水解平衡。但在水含量只有10-15wt%時，這種水解速度就非常慢了。其結(jié)果是低聚物相當(dāng)穩(wěn)定，造成濃縮的液體產(chǎn)物粘度相當(dāng)高?？梢哉J(rèn)為，液體產(chǎn)物的色污染，以及產(chǎn)生低聚物的原因，大部分是由于在最后一步除水過程中，HMBA處于高溫和水含量低的環(huán)境中。除水過程是一個消耗能量的過程，因為需要從每單位重量的產(chǎn)物中除掉大部分的水。在過濾和離心分離時遇到的困難是，需要從母液中分離固體付產(chǎn)物，分離掉的付產(chǎn)物固體鹽表面附著有HMBA的產(chǎn)物，這種損失使產(chǎn)率降低。
Blake(USP.2，745，745)有限地公開了制備HMBA鹽時，可代替汽化結(jié)晶的另一種方法，即有可能通過萃取，從反應(yīng)溶液中分離出產(chǎn)物酸。萃取所用適宜的、不溶于水的有機液體，如二乙醚是產(chǎn)物酸的一種溶劑。在一實施例中，Blake敘述的方法是用濃鹽酸處理HMBN后，冷卻反應(yīng)混合物，即析出氯化銨晶體。過濾除去氯化銨后，用二乙醚萃取濾液，得到的油狀液體，經(jīng)飽和的醋酸鋅溶液處理，即得到HMBA的鋅鹽。
英國專利915，193號敘述了制備HMBA鈣鹽的方法。在連續(xù)逆向混合反應(yīng)器中，用稀硫酸溶液水解HMBN，得到HMBA。用沸點高于乙醚的醚，如異丙醚或丁基醚，萃取反應(yīng)液，分離出HMBA。向萃取液中加水使成乳濁液，再加碳酸鈣或氫氧化鈣，沉淀出HMBA鈣鹽。該英國專利未涉及HMBA液體產(chǎn)物的制備方法。由于采用了連續(xù)逆向混合反應(yīng)系統(tǒng)，英國專利的方法不可能使HMBN或氨化物中間體完全轉(zhuǎn)化為HMBA。在該對比方法中，這一點可能不成其為問題，只要未完全反應(yīng)的物質(zhì)，在鹽沉析的堿性條件下完全皂化即可。但在制備HMBA液體產(chǎn)物時，是不希望存在未反應(yīng)物的。
Gielkens在美國專利3，175，000號中認(rèn)為，通過萃取，從水解液中直接回收HMBA的方法收率太低。Gielkens只把萃取作為二次回收手段。其方法是先向硫酸水解液中加硫酸銨，鹽析出HMBA后，再通過萃取回收殘留在水相中的HMBA。
Cummin在美國專利3，773，927號中描述的方法是用鹽酸水解HMBN，得到HMBA。在Cummin所述條件下，水解反應(yīng)得到的是含固體氯化銨的漿液，離心分離氯化銨后，減壓蒸餾分離濾液中的水。Cummin在水解時，擇優(yōu)選擇的方案是80℃下，把HMBN加到31-38%的鹽酸溶液中，然后將物料加熱到85-100℃。
本發(fā)明的目的是提供制備HMBA的新方法，特別是提供制備HMBA濃縮水溶液的有效方法。該水溶液比采用傳統(tǒng)方法得到的相應(yīng)HMBA產(chǎn)物，顏色淺，刺激味小，粘度低，熱穩(wěn)定性好。
本發(fā)明的另一個目的是提供制備HMBA的方法，用該法其能耗和全部轉(zhuǎn)化費用都相當(dāng)?shù)汀?br>本發(fā)明的另一個目的是提供制備濃縮的HMBA液體產(chǎn)物的方法，其中產(chǎn)物回收過程只伴有最小的色污染和低聚反應(yīng)。
本發(fā)明的另一個目的是提供新的液體產(chǎn)物，該產(chǎn)物中包含有2-羥基-4-甲硫基丁酸，具有優(yōu)良的色、味和粘度特性。
簡言之，本發(fā)明是針對2-羥基-4-甲硫基的制備方法的。該法中用無機酸水解2-羥基-4-甲硫基-丁腈(HMBN)，得到的水解水溶液中含有HMBA，且基本上沒有未反應(yīng)的HMBN和氨化物中間體。不必從水解液中分離任何實際存在的固體成份，即可將水解液在液-液萃取系統(tǒng)內(nèi)與實際不溶于水的有機溶劑接觸，得到的萃取液中含有溶劑和從水解液中轉(zhuǎn)移而來的HMBA?？刂戚腿l件，使萃取液和含水萃余液是萃取后相分離中得到的唯一的兩個液相。從萃取液中回收HMBA。
本發(fā)明還針對另一種制備HMBA的方法，該法中，用無機酸水解HMBN，得到含HMBA的水解液。將水解液在液-液萃取系統(tǒng)內(nèi)與實際不溶于水的有機溶劑接觸，得到的萃取液中包括溶劑和從水解液中轉(zhuǎn)移而來的HMBA。萃取液經(jīng)蒸汽蒸餾除掉溶劑，得到的釜底餾份包括內(nèi)含HMBA和水的液體混合物。
本發(fā)明還針對另一制備HMBA的方法。該法中HMBN在包括有含水無機酸的混合物中水解，得到含HMBA的水解水溶液。該水解液與實際不溶于水的溶劑接觸，得到的萃取液內(nèi)包括溶劑和從水解液轉(zhuǎn)移而來的HMBA。從溶劑中分離HMBA。溶劑的沸點約為60～200℃。HMBA在溶劑(內(nèi)含萃出的HMBA)與含水萃余液(溶劑與水解液接觸后的萃余液)之間平衡時的分配系數(shù)至少約為2，在提取物(內(nèi)含HMBA)與水相(提取物與洗滌水接觸后的水相)之間的分配系數(shù)至少約為1.0。水在溶劑中的溶解度室溫下不大于12wt%。
本發(fā)明還針對制備顏色、氣味得到改進(jìn)，粘度有所降低的HMBA的方法，該法中，用起始濃度約為50-70%(重)(以有機游離主要成分計算)的硫酸水解HMBN，得到含2-羥基-4-甲硫基丁酰胺的中間體水解液，再進(jìn)一步用起始濃度約30-50wt%(以有機游離主要成分計算)的硫酸水解，得到含HMBA的水解水溶液。該水解溶液在液-液萃取系統(tǒng)內(nèi)與實際不溶于水的有機溶劑接觸，得到的萃取液中含有溶劑和從水解液轉(zhuǎn)移而來的HMBA。從萃取液中回收HMBA。
本發(fā)明還包括動物飼料的液體添加物，其中包括HMBA單體、二聚體和低聚物的總含量約為80-95wt%，水含量約為5-20wt%。產(chǎn)物的顏色，在加納爾色標(biāo)上的測量值不超過10。HMBA單體與其二聚和其他低聚物之和的重量比至少約為2.8，按美國材料實驗學(xué)會方法D-445，用Cannon-Fenske粘度計測定的25℃時的運動粘度，不大于90厘沲。根據(jù)加速量熱法測定，產(chǎn)物在150℃以下的任何溫度，即不顯示放熱效應(yīng)，也不顯示吸熱效應(yīng)。
其他目的和特征一部分是原有的，一部分將在下文指出。
附圖簡單說明圖1是流程示意簡圖，示出本發(fā)明方法的一種擇優(yōu)方案。
圖2是具體應(yīng)用圖1概示方法的流程圖。
圖3是本發(fā)明方法中可采用的交叉流動萃取系統(tǒng)的流程示意簡圖。
圖4是測定分配系數(shù)中所用萃取系統(tǒng)的流程示意簡圖。
本發(fā)明提供了新的、改進(jìn)的制備HMBA水溶液的方法。在一精選的實施方案中，用該法得到的HMBA水溶液，比用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)出的相應(yīng)液體產(chǎn)物，顏色淺，刺激味小，粘度低，熱穩(wěn)定性好。此外，用本發(fā)明的方法制備HMBA水溶液，還具有能耗和轉(zhuǎn)化費用低的好處。
圖1所畫流程示意簡圖示出實施本發(fā)明方法的一個精選實施方案中的各步驟。該方案中HMBN先與硫酸接觸，水解，得到含HMBA的淺色水解液。然后，水解液在液-液系統(tǒng)內(nèi)與溶劑接觸，將HMBA轉(zhuǎn)移到包括有溶劑的萃取液中。分離萃取液和萃余液，蒸汽蒸餾萃取液，除去溶劑?？刂普羝麴s柱的操作，使釜底產(chǎn)物中含有HMBA和水。
含水萃余液與萃取液分離后，亦經(jīng)(蒸)汽提(餾)，除去殘留溶劑。萃取液和萃余液汽提柱頂餾出的溶劑，再回到萃取步驟，如圖2所示。
在該方案的水解步驟中，HMBN約在25-65℃，最好約40-60℃間與硫酸混合，硫酸濃度約為50-70%(重量)按有機游離主要成分計算，最好約為55-65%(重量)為了有效地控制反應(yīng)速度，最好將HMBN加到酸中，而不取相反加料方式。如把酸加到丁腈中，只有當(dāng)酸的量達(dá)到可進(jìn)行反應(yīng)的最低限量時，才開始反應(yīng)。此時反應(yīng)迅速進(jìn)行，同時放熱，使溫度升高。這樣有損于目的產(chǎn)物的質(zhì)量。一般丁腈的加料時間約為30～60分鐘，在擇優(yōu)條件下，有約0.5～1.5小時的時間，即可將丁腈基本上轉(zhuǎn)化為酰胺，因此，反應(yīng)混合物混合后，最好在上述溫度范圍內(nèi)，攪拌約15～30分鐘。
此后，2-羥基-4-甲硫基丁酰胺在約70-120℃，最好85-95℃之間，進(jìn)一步水解轉(zhuǎn)化為HMBA。酰胺最后水解為酸的反應(yīng)，最好在起始濃度約為30-50%(重量)按有機游離主要成分計算，尤其是在30-40wt%，最佳為40wt%的硫酸中進(jìn)行。如果酸的起始高于約50%(重量)(以有機游離主要成分量計算)，則將反應(yīng)混合物迅速加熱到最后水解溫度(即為高產(chǎn)率而選擇的溫度)時，分離的有機相常出現(xiàn)分層現(xiàn)象，為了得到最適宜的酸濃度，必須用水稀釋酸相后，再將反應(yīng)物加熱到70-120℃。在酸濃度相對較低，溫度提高的條件下，酰胺約在1.5-3小時內(nèi)轉(zhuǎn)化為酸。
在硫酸水解反應(yīng)中，每摩爾HMBA物料最好加-摩爾硫酸。酸一般過量0-10%，最好0-5%時，效果更好。
雖然用硫酸進(jìn)行水解，可獲得具有改性特性的產(chǎn)物，但用其他無機酸，如鹽酸，進(jìn)行水解，仍可達(dá)到本發(fā)明的其他目的。用鹽酸時，第一步水解，即丁腈轉(zhuǎn)化為酰胺的水解，開始最好是將HMBN加到約30-40%，(重量)，最好35-37%(重量)的酸中。溫度25-60℃，最好45-55℃，加料時間約30～60分鐘。隨著丁腈轉(zhuǎn)變?yōu)轷０返倪M(jìn)行，常有少量固體析出。迅速將反應(yīng)體系溫度升到約70-120℃，最好約75-80℃，可將酰胺進(jìn)一步水解為酸。要完成HMBN轉(zhuǎn)變?yōu)镠MBA的水解反應(yīng)，約需加15-20%的過量鹽酸。后一步酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)樗岬乃?，在間歇反應(yīng)器內(nèi)，約90-180分鐘結(jié)束。
該法中的水解過程在間歇系統(tǒng)或連續(xù)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行都可以。重要的是要讓水解反應(yīng)進(jìn)行得基本完全。如用連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)，其設(shè)計和操作，要能保證達(dá)到基本上完全轉(zhuǎn)化的程度。如，可在活塞流管式反應(yīng)器或在多級串聯(lián)攪拌釜式反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行連續(xù)操作。單用一個逆相混合反應(yīng)器，要達(dá)到適宜的轉(zhuǎn)化率，其停留時間之長，通常是為商業(yè)生產(chǎn)所不能接受的。除非需要大量生產(chǎn)，否則最好用間歇反應(yīng)器。
無論用什么酸進(jìn)行水解，水解反應(yīng)后，都最好汽提除去水解液中的易揮發(fā)性雜質(zhì)。即將熱反應(yīng)溶液上面的壓力降到約50-200mmHg，使易揮發(fā)物和水餾出，直到釜溫降到約55～65℃為止。用硫酸水解時，如果汽提中從水解液內(nèi)餾出的水太多，將離析出有機相。這是一種不希望出現(xiàn)的結(jié)果。因其使相間關(guān)系和萃取過程中的分離復(fù)雜化。避免有機相離析的方法是，根據(jù)水解所用不同濃度的硫酸，及時停止汽提過程。何時停止要隨水解所用硫酸濃度而異。即如用40%(重量)硫酸溶液進(jìn)行水解，汽提時，最多餾出水解液料的12wt%，即應(yīng)停止汽提。鹽酸水解液的汽提，應(yīng)在過量氯化銨鹽析出之前停止。對上述兩種水解液，最好都在餾出料液的約5-10%后，停止汽提。
水解溶液進(jìn)入萃取過程之前，先將其中和和/或用水稀釋也有好處。中和反應(yīng)不難進(jìn)行，只要在水解液中加無水氨即可。中和有助于防止與水解液接觸的設(shè)備腐蝕，但也可能會析出固體。用水稀釋水解液，可將任何離析的有機相重新吸入到水相中，可溶解水解液中的大部分或全部固體鹽，可清除進(jìn)入萃取系統(tǒng)的物料中的固體。水解液中的水含量適當(dāng)，亦可保證不在萃取系統(tǒng)中形成或蓄積固體，保證萃取時無新的液相產(chǎn)生。稀釋對鹽酸水解液尤為重要，因為在二次水解時，容易析出相當(dāng)數(shù)量的NH4Cl沉淀。
已發(fā)現(xiàn)如果將水解酸的濃度控制在最佳范圍內(nèi)，一般不需要為避免析出固體或產(chǎn)生新液相而去稀釋硫酸水解液。所謂新液相是指，在從水解液中萃取HMBA之前或之時形成的，除水解液、溶劑、萃取液、含水萃余液以外的任何相。
實際上，最好避免將硫酸水解液稀釋到40%(重量)以下按有機游離主要成分計算，從而就可利用硫酸水解的特殊好處(與水解付產(chǎn)硫氫銨/硫酸銨的濃度有關(guān))。即已發(fā)現(xiàn)，酸殘基的銨鹽在水中的溶解度對HMBA在萃取液和萃余液兩相間的分配系數(shù)影響很大。鹽含量高，可將HMBA從水相中鹽析出來，從而改變分配系數(shù)。硫酸氫銨在水中溶解度很大，所以對分配系數(shù)產(chǎn)生特殊的有利影響。在這方面，硫酸氫銨比硫酸銨和氯化銨的作用都大。無論怎樣，最好都要盡量小水解液稀釋過量的程度，以獲得最有利的分配系數(shù)。
萃取中采用的溶劑應(yīng)當(dāng)基本上不溶于水。不過允許溶劑和水之間有一定的互溶度。特別是在本發(fā)明擇優(yōu)選出的方案中。該方案中產(chǎn)物的回收，以及從含水萃余液中回收溶劑，都用到(蒸)汽提(餾)方法。一般選擇水在溶劑中的溶解度不大于12wt%，最好不大于約8wt%。選擇的溶劑的沸點約在60-200℃之間，最好約70-170℃。HMBA在溶劑(含萃出的HMBA)與含水萃余液(溶劑與HMBA水解液接觸后的萃取液)之間平衡時的分配系數(shù)至少應(yīng)為2，最好至少為5。而且，HMBA在提取物與水相(該提取物與洗滌水接觸后的水相)之間平衡時的分配系數(shù)至少應(yīng)約為1.0。此外，溶劑應(yīng)具有較低的毒性。
各種酮、醛、和羧酸烷基酯都很適于作溶劑。特別適于作溶劑的是低分子量的酮，如甲基正丙基酮，甲乙酮、甲基戊基酮、甲基異戊基酮、甲基異丁基酮、乙基丁基酮、和二異丁基酮、正丁醛等醛類，乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸正丙酯、和乙酸異丙酯等酯也適宜作溶劑。也可用醇類作溶劑，但不太受歡迎。因其與水的互溶度大，相分離速度慢，易脫水，或與HMBA酯化。
萃取可在攪拌釜內(nèi)間歇進(jìn)行，但最好在帶有萃取段的連續(xù)逆流萃取系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行。該萃取段包括促進(jìn)物料在溶劑相和水相之間進(jìn)行傳質(zhì)的手段。如用由連續(xù)逆流混合澄清器、填料塔、篩板塔、轉(zhuǎn)盤塔組成的串聯(lián)系統(tǒng)，或用離心分離器，都是有利于進(jìn)行萃取的。離心萃取器包括按下列商品名稱出售的各種萃取器“Pod-tielniak”(Baken-Penkins)，“Luwesta”(LUWA)，“Delaval”(Transamerican DeLaval，Inc)。在一精選的實施方案中，用往復(fù)震動板式塔進(jìn)行萃取。按本公開的內(nèi)容，只有通過瞬時流動速率在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，才能認(rèn)為間歇流或脈沖流是“連續(xù)”的。
最好控制萃取操作過程，確立溶劑相為萃取段中的連續(xù)相，并保持之。
為了減少終產(chǎn)物中的含鹽量，最好用水洗滌萃取液。水洗時，萃取液在上游位置與水混合，根據(jù)水流方向，即是在進(jìn)入液-液萃取系統(tǒng)的水解液進(jìn)料口的上游位置與水混合。如用立式塔和比重小于1的溶劑。溶劑進(jìn)塔位置低于水解液進(jìn)料口，洗滌水進(jìn)塔位置，高于水解液進(jìn)料口。在一擇優(yōu)方案中，溶劑的進(jìn)料速度為每單位重量的水解液，加約0.5-0.6份重量的溶劑，這樣得到的萃取液比重約為0.92-0.97，HMBA含量約為35-40wt%。
在稍微提高的溫度下操作，降低了萃取系統(tǒng)內(nèi)溶劑相的粘度，可提高萃取過程的收率。在約50-80℃范圍內(nèi)操作，亦可對HMBA在有機相和水相之間的分配系數(shù)產(chǎn)生稍有益處的影響。此外，如果出現(xiàn)輕微霧沫夾帶現(xiàn)象，在50-60℃間操作，得到的萃取液比25℃下的萃取液清亮。
可通過蒸餾，最好是蒸汽蒸餾，從萃取液中回收HMBA。蒸汽蒸餾除掉溶劑后，底部產(chǎn)物是HMBA和水的混合液，直接作為動物飼料添加物使用即可。蒸汽蒸餾的條件是要使底部餾份中基本上沒有溶劑，水含量至少5wt%，最好約10-15wt%。HMBA的總含量約為80-95wt%，最好85-90wt%。
柱的具體操作條件，須隨萃取所選用的特定溶劑而異。除溶劑沸點異常低，否則就要用許多平衡級的汽提柱?？刂浦鶅?nèi)汽速和壓力，以保證整個塔內(nèi)，或至少在進(jìn)料口以下的塔內(nèi)液相中的水含量約為4-15wt%，最好約為5-12wt%。水的存在有利于減少低聚反應(yīng)和對產(chǎn)物的色污染。此外選擇了液相在進(jìn)料口以下塔內(nèi)的停留時間不超過1.5小時，最好不超過45分鐘。
一般選擇將柱內(nèi)溫度控制在120℃以下，相應(yīng)的釜壓不高于約一個大氣壓(絕壓)。無論用何種水解液，底部壓力最好保持在約50mmHg到大氣壓的范圍內(nèi)。此外，發(fā)現(xiàn)在容許溫度的上限區(qū)間操作，更容易達(dá)到汽/液平衡，有利于從酮溶劑中分離產(chǎn)物。從而減少了蒸汽用量。
雖然選擇了蒸汽蒸餾，但用表面熱交換再沸器，通過蒸餾，將萃取液餾出的方法也是可行的。還有一種方法是用惰性氣流進(jìn)行氣提。不過還是擇優(yōu)選用蒸汽蒸餾，因其可直接用來生產(chǎn)本發(fā)明的液體產(chǎn)物。
萃余液中的殘留溶劑，不難經(jīng)蒸汽蒸餾或惰性氣氣提予以回收。擇優(yōu)選用汽提作為回收萃余液中溶劑的手段。
根據(jù)本發(fā)明的擇優(yōu)方案，用硫酸進(jìn)行水解，用萃取、蒸汽蒸餾汽提回收產(chǎn)物，得到的新式液體產(chǎn)物特性極佳，適于作動物飼料的添加物。該產(chǎn)物中HMBA的總含量(即包括了單體、二聚體和低聚物)約為80-95wt%，最好為85-90wt%，水含量約為5-20wt%，最好為10-15wt%。其顏色，未經(jīng)稀釋，用美國實驗材料學(xué)會方法D-2849，在加納爾色標(biāo)上的測定值不大于10，最好不大于4。HMBA單體與其二聚和其他低聚物之和的重量比至少約為2.8，最好至少約為5.7。按美國實驗材料學(xué)會方法D-445，用Cannon-Fenske粘度計測定液體產(chǎn)物的運動粘度，25℃時不大于90厘沲，最好60-90厘沲。25-90℃時，從液體產(chǎn)物中釋放的生味化合物的量大大小于從用傳統(tǒng)方法制備出的相應(yīng)產(chǎn)物釋放的量。經(jīng)加速量熱法測定，該產(chǎn)物在150℃以下的任何溫度，即不顯示放熱效應(yīng)，也不顯示吸熱效應(yīng)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，即提供了改進(jìn)的制備HMBA的方法，又提供了改進(jìn)的HMBA水溶液產(chǎn)品。該液體產(chǎn)品適于作動物飼料的添加物，具有比以往商業(yè)生產(chǎn)的甲硫氨酸的羥基同類物更好的特性。必要時，加堿土金屬氫氧化物或碳酸鹽，不難將液體產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為HMBA的堿土金屬鹽的沉淀。如美國專利4310690(Cummins)所述，把石灰漿與液體產(chǎn)物混合，沉淀出HMBA的鈣鹽，通過離心分離，回收漿液中的沉淀，干燥之。母液再循環(huán)到HMBA鈣鹽沉淀步驟，即可回收其中殘留的HMBA鈣鹽。
在本發(fā)明的各種實施方案中，避免在缺少足量水時，使產(chǎn)物長時間處于高溫下，即可將HMBA的低聚反應(yīng)、色污染和降解減到最少。在汽提過程中可將生味化合物從系統(tǒng)中有效地除去。因在封閉系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行汽提，所以可獲得生味化合物。
盡量減少或完全免去固體處理過程，以防止HMBA附著在固體付產(chǎn)表面而損失掉?？刂扑獠襟E中的酸濃度和物料比，將進(jìn)入萃取步驟的水解液中固體量減到最少，或使其完全消失。
在某些擇優(yōu)方案中，如用往復(fù)震動板式塔時，水解液中有固體也可進(jìn)行萃取。與原有商業(yè)方法相比，本發(fā)明方法中轉(zhuǎn)化費用降低。這不僅是由于免除了固體分離和固體處理，而且還由于大大降低了回收HMBA液體產(chǎn)物，或汽化結(jié)晶制備HMBA鹽時的能耗。實際上回收有機溶劑時，每單位重量HMBA產(chǎn)物所耗能量比除水或汽化結(jié)晶過程的能耗少得多。刪除汽化和固體分離步驟，進(jìn)一步降低了實施本發(fā)明方法所需的資本投資。
除了在用萃取和蒸餾方式從水解液中回收HMBA方面所體現(xiàn)出的優(yōu)點之處，將硫酸水解液與液-液萃取配合使用，效果更佳。令人驚異的是，用硫酸水解，再經(jīng)萃取，而不是除水方式回收產(chǎn)物，與傳統(tǒng)方法相比，或與用鹽酸水解加萃取的方法相比，得到的液體產(chǎn)物，顏色和氣味都是最好的。這種將各步驟結(jié)合使用的方式，提供了本發(fā)明的均勻液體產(chǎn)物，如文中所述。
下述各例進(jìn)一步說明本發(fā)明。除另作說明外，所有百分?jǐn)?shù)都以重量計。
例1在50℃時，在30分鐘內(nèi)，將從甲基硫醇、丙烯醛和氰化氫制備的HMBN(132.10g，經(jīng)氣相色譜分析純度為95%)加到在裝有攪拌器的1000ml保溫瓶中的以重量計50%的硫酸水溶液(196.14g)中，產(chǎn)生的混合物在50℃下再反應(yīng)30分鐘。把中間水解產(chǎn)物迅速加熱到90℃(20分鐘內(nèi))，并在90℃繼續(xù)反應(yīng)100分鐘。90℃下13分鐘后，出現(xiàn)相分離，從而鹽析出含有HMBA的有機層。水解反應(yīng)完成后，在80℃、20分鐘內(nèi)將以重量計28%的氨水溶液(58.97g)加到水解產(chǎn)物中。加入一半多一點的氨水溶液時，細(xì)晶體開始從水相中沉淀出來。在接近加入氨水的最后點，PH為1.76，進(jìn)一步混合至結(jié)晶是十分困難的。
采用三種方法從在中和水解產(chǎn)物中含有的副產(chǎn)物中分離HMBA。
在第一個方法中，中和水解產(chǎn)物(50ml;63g)與甲基丙基酮(50ml)和水(10ml)接觸，從水相到有機相萃取出HMBA。硫酸銨晶體保留在水層中。分析這二層其結(jié)果示于表1。
表1HMBA單體 HMBA低聚體 HMBA H2O(%) (%) (%) (%)有機層 27.7 9.03 36.7 7.53水層 0.22 0.39 0.61 53.4
在70℃下、60分鐘內(nèi)，溶劑在真空下從有機層蒸發(fā)，蒸發(fā)后，蒸氣壓降至16mmHg絕對壓力，產(chǎn)物經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)含有按重量計75.5%的HMBA單體、22.8%HMBA低聚體、和0.65%水。按重量計88%的HMBA水溶液的加納爾顏色為5。
在第二個回收方法中，中和的水解產(chǎn)物(50ml)與甲基丙基酮(50ml)接觸萃取HMBA。水解產(chǎn)物和溶劑接觸后，由于固體含量高而使相分離困難。經(jīng)過一夜沉降完成分離后，分析有機層和水層，其結(jié)果列于表Ⅱ。
表ⅡHMBA單體 HMBA低聚體 HMBA H2O(%) (%) (%) (%)有機層 28.8 8.34 37.12 7.61水層 0.17 0.50 0.67 52.8在70℃、60分鐘內(nèi)，真空下溶劑從有機層蒸發(fā)后，在蒸氣壓降到16mmHg時，分析HMBA底部產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)含有按重量計74.9%的HMBA單體、23.7%HMBA低聚體、和0.60%水。按重量計88%的HMBA產(chǎn)物水溶液的加納爾顏色在4和5之間。
在第三個分離方法中，在70℃、60分鐘內(nèi)，在真空下剝掉中和的水解產(chǎn)物中的揮發(fā)份，此時，蒸氣壓降到15mmHg絕對壓力。蒸餾罐中產(chǎn)生的漿液非常稠。過濾除去固體后，分析濾液發(fā)現(xiàn)含有按重量計75.2%的HMBA單體、20.2%HMBA低聚體、和3.28%水。按重量計88%的HMBA產(chǎn)物水溶液顯示的加納爾顏色在4和5之間。
例2
在50℃、30分鐘內(nèi)，將實例1描述的方法中制備的HMBN(200g)慢慢加到在1000ml保溫瓶中的按重量計50%的硫酸溶液中(299g)。產(chǎn)生的混合物再反應(yīng)30分鐘，然后得到的中間水解產(chǎn)物被迅速加熱到90℃(20分鐘內(nèi))，并再反應(yīng)100分鐘。在90℃下60分鐘后，水解產(chǎn)物為棕色，最終的水解產(chǎn)物包含兩相。
水解產(chǎn)物不中和，而與等體積的甲基丙基酮接觸，相分離后，在70℃、120分鐘內(nèi)從萃取物中真空蒸餾出溶劑。生成的產(chǎn)物按重量計含有63.6%HMBA單體、35.2%HMBA聚合體、0.11%HMBN、0.61%中間體胺、2.11%水、和0.27%硫的根離子。按重量計88%的產(chǎn)物水溶液的加納爾顏色讀數(shù)在5和6之間。
例3在50℃、60分鐘內(nèi)，將在例1描述的方法中產(chǎn)生的HMBN(656g)慢慢攪拌加到在裝有螺旋漿攪拌機的2升反應(yīng)器中的按重量計50%硫酸水溶液(981g)中。產(chǎn)生的溶液繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，之后，反應(yīng)溫度在26-30分鐘內(nèi)上升到90℃，并在90℃下保持120分鐘，反應(yīng)完成后，在50-60℃，在一個5升的分離燒瓶中，將一部分水解產(chǎn)物(1604.4g)與甲基丙基酮(1283.5g)接觸10分鐘，來影響從水解產(chǎn)物中萃取HMBA產(chǎn)物。此后，從燒瓶中抽出水層，用水(207.5g)在50℃下洗滌萃取層(2073.2g)。從燒瓶中抽出水層(48.8克;按重量計6.0%HMBA)。
在50℃蒸餾，真空下溶劑從萃取物中蒸發(fā)直到蒸氣壓降到30mmHg，此時，把水(20ml)加到蒸餾罐中的殘余物表面下，且將溫度上升到70℃，汽餾殘余溶劑。當(dāng)70℃時蒸汽壓降到20mmHg絕對大氣壓時，停止汽餾。分析汽餾后蒸餾罐中的純產(chǎn)物、發(fā)現(xiàn)按重量計含有74.0%HMBA單體、24.4%HMBA聚合體、1.8%的水和0.45%的硫酸根離子。添加水將這種產(chǎn)物稀釋到含有按重量計88%的HMBA，生成的產(chǎn)物其加納爾顏色讀數(shù)在5和6之間。
例4在50℃、60分鐘內(nèi)，將在例1描述的方法中制備的HMBN(263.16g)慢慢加到在帶有攪拌器的1000ml保溫瓶中的按重量計65%硫酸溶液(301.45g)中。產(chǎn)生的混合物在50℃下繼續(xù)反應(yīng)30分鐘。然后向中間水解產(chǎn)物加入水(188.91g)，稀釋水解酸的強度，反應(yīng)器中混合物的濃度從50℃上升到90℃(25分鐘內(nèi))，并在90℃保持115分鐘。
在水解第一步期間(即，50℃時在按重量計65%的初始強度的硫酸溶液中的反應(yīng))，觀察到反應(yīng)混合物的粘度大大增加，因此反應(yīng)系統(tǒng)必然形成兩個不同的相，一相含有中間產(chǎn)物2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺，另一相含有剛剛加到混合物中的HMBN。在水解第二步期間，即在90℃下中間產(chǎn)物胺轉(zhuǎn)化成酸產(chǎn)物的反應(yīng)，保持單相而不發(fā)生相分離。水解結(jié)束時，分析水解產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)按含有重量計35.2%的HMBA單體、0.31%的HMBA二聚物、0.01%的HMBN和0.01%的中間胺。
本例中另一部分HMBA水解產(chǎn)物用各種溶液進(jìn)行萃取，在圖4對萃取進(jìn)行了示意性說明。
在每種情況中，100份重水解產(chǎn)物與60份重溶劑在分離燒瓶中接觸?；旌喜⑾喾蛛x后，用12.5份重的水洗滌100份重的有機層，每100份重含水殘液用60份重的溶液洗滌。所有的萃取都在室溫，即25℃下進(jìn)行。平衡時測出每種溶劑在有機相和水相之間的分配系數(shù)、分配系數(shù)定義為有機相中HMBA的濃度與水相中HMBA濃度之比。本例萃取進(jìn)行結(jié)果列于表Ⅲ。
表Ⅲ分配系數(shù)萃取物 溶劑比 比溶劑(沸點) 洗滌水 殘液甲基乙基酮(79.6℃) 5.4 14.6甲基正丙基酮(102℃) 4.3 6.2甲基異丁基酮(116.9℃) 2.6 4.7正丁醇(117.3℃) 15.4 24.0異丁醇(107.9℃) 11.2 9.7仲丁醇(99.5℃) 9.6 11.9叔丁醇(82.8℃) 無相分離 20.52-戊醇(118.9℃) 5.2 15.3正-戊醇(137.5℃) 12.3 15.3正-丁醛(75.7℃) 1.4 12.6乙酸乙酯(77.1℃) 無相分離 6.3乙酸正丁酯(126.5℃) 1.9 4.9乙酸正丙酯(101.6℃) 2.4 7.5乙酸異丙酯(90℃) 2.3 5.4二乙基醚(34.6℃) 2.6 4.5
萃取物 溶劑比 比溶劑(沸點) 洗滌水 殘液二-異丙基醚(68℃) ＜0.1 2.1二氯甲烷(40℃) 6.7 0.6二氯乙烷(83.5℃) 10.4 0.8三氯乙烯(86.7℃) 9.2 1.8例5使用圖2中示意說明的方法制備HMBA。在這個系統(tǒng)中，HMBA水解產(chǎn)物是在一個間歇式反應(yīng)系統(tǒng)中制備，該系統(tǒng)包括一個攪拌槽反應(yīng)器，兩個反應(yīng)步驟分別用1和1A表示。在第一步慢慢向硫酸加入HMBN，HMBN在酸中反應(yīng)產(chǎn)生含有2-羥基-4-甲基硫代丁酰胺的中間水解產(chǎn)物。添加水稀釋中間水解產(chǎn)物并提高溫度以促進(jìn)將中間胺轉(zhuǎn)化成HMBA(反應(yīng)1A步)，從反應(yīng)1A步得到的最終水解產(chǎn)物傾倒入振動鼓3，從這里不斷加到克耳往復(fù)震動平板式萃取柱的中心附近，溶劑從底部附近加入，洗滌水從頂部附近加入。塔頂餾出萃取物在熱交換器7中預(yù)熱，進(jìn)入汽餾柱9，柱9的底部產(chǎn)物包括含有HMBA和水的液體產(chǎn)物，柱9的塔頂蒸汽在冷凝器11冷凝，并供給分離器13，溶劑從分離器13循環(huán)進(jìn)入萃取柱5底部，水循循進(jìn)入萃取柱頂部供洗滌。
萃取柱5底部的殘液在柱15經(jīng)蒸汽汽提回收塔頂蒸汽中的殘余溶劑，塔頂蒸汽也流入冷凝器11，在那兒被冷凝，并傳送到分離器13，柱15的底部產(chǎn)物是廢水，將它除去。
對本例操作中一般的間歇式水解，將65.1%硫酸(142.3kg)填充到1步反應(yīng)器中，在50-54℃下，61分鐘內(nèi)將HMBN(120.1kg)慢慢加入反應(yīng)器中。在1A步，添加水將中間水解產(chǎn)物稀釋到40.1%的酸強度(在有機游離基基礎(chǔ)上)，并在30分鐘內(nèi)加熱到89℃，然后水解產(chǎn)物在90℃下保持75分鐘。在約45分鐘內(nèi)，逐漸減壓到大約110mmHg絕對大氣壓，除去揮發(fā)成分，同時溫度降到大約65℃。大約有11kg物質(zhì)蒸發(fā)掉、然后水解產(chǎn)物排入振動鼓3。
從鼓3得到的最終水解產(chǎn)物以181g/分的速率接著進(jìn)入柱5，甲基異丁基酮(MIBK)溶劑以100g/分速率進(jìn)入萃取柱底部、洗滌水從柱頂部加入，在59℃左右、平板往復(fù)速率為140-228沖程/小時，在柱5進(jìn)行連續(xù)逆流萃流產(chǎn)生萃取液和水殘液，萃取液從柱頂部排出，殘液從柱底部排出，在交換器7中預(yù)熱的萃取液送到蒸汽汽提柱9中，在柱頂壓力為235mmHg時汽提溶劑，在柱頂溫度82℃，柱底溫度88℃時，產(chǎn)生78克/分底產(chǎn)物，它含有HMBA水溶液。塔頂蒸汽包括100g/分MIBK和50克/分水，塔頂蒸汽在冷凝器11被冷凝傳送到分離器13、來自柱5底部的殘液在760mmHg柱頂壓，塔頂溫度97℃和塔斧溫度107℃時在柱15中進(jìn)行蒸汽汽提。產(chǎn)生塔頂蒸汽流、其中含有0.9g/分的MIBK和5g/分的水，它們與柱9的塔頂蒸汽混合，在冷凝器11冷凝，傳送到分離器13。殘液洗提柱15的底部產(chǎn)物以144g/分的速率生成，并進(jìn)行廢物處理。
萃取柱5是一個2.54cm內(nèi)徑×2.1m的高克耳往復(fù)板式柱。
達(dá)到穩(wěn)定操作后，對留在鼓3的水解產(chǎn)物和從萃取汽提柱9底部排除的含水產(chǎn)物取樣進(jìn)行定期分析，這些分析獲得的結(jié)果范圍示于表Ⅳ。
表Ⅳ水解產(chǎn)物(%) 產(chǎn)物(%)HMBA 38.2-42.3 89.2-91.8水 25.1-28.4 8.20-10.8硫酸根離子 25.6-28.0 0.45-1.3HMBA單體 33.9-35.1 72.8-80.2HMBA低聚體 4.3-7.2 11.4-16.9加納爾顏色 2-4 3.5-5.5例6用例5的方法制備水解產(chǎn)物，把要水解的原料以204克/分的速度加入Karr振動板式萃取塔，把萃取劑MIBK(甲基異丁基酮)以112克/分的速度加入萃取塔，把洗水以23克/分的速度加入萃取塔，振動板的頻率為170次/分，萃取塔在60℃下操作，生成的萃取物在絕對壓力為45毫米汞柱下，預(yù)熱到99.5℃，并輸送到萃取汽提器中。萃取汽提器在上部絕對壓力451毫米汞柱，上部溫度99.5℃下操作，底部的溫度為102℃，以便在萃取塔的底部以94.0克/分速度生產(chǎn)濃縮的HMBA液態(tài)產(chǎn)物，萃取汽提器以112克/分MIBK和42.5克/分水的速度產(chǎn)生出口(塔頂)蒸汽，這些蒸汽和萃余汽提塔的出口蒸汽混合，冷凝，并轉(zhuǎn)送到分離塔。在萃取塔底產(chǎn)生的萃余液輸送到萃余汽提塔，在這里溶劑在上部絕對壓力451毫米汞柱，上部溫度為93℃，底部溫度為94℃的條件下，通過汽提除去溶劑。以0.7克/分MIBK和12.5克/分水的速度產(chǎn)生塔頂蒸汽。這些蒸汽和萃取汽提塔出口的蒸汽混合、冷凝，并轉(zhuǎn)送到分離塔，萃余汽提塔底部的廢液以129.0克/分的速度產(chǎn)生并排出。
本例達(dá)到穩(wěn)定操作時，水解產(chǎn)物和產(chǎn)品定期地取出和分析，在表5中給出這些分析結(jié)果。
表5水解液% 產(chǎn)品%HMBA 41.2-41.6 87.1-91.9水 25.5-26.6 11.8-12.2硫酸離子 27.1-27.6 0.52-0.62HMBA單體 - 74.9-75.4HMBA低聚體 - 13.8-15.0顏色(Gardner) - 3例763.1%(We)的H2SO4溶液(1555克溶液含980克即10摩爾H2SO4)入一個5立升的攪拌反應(yīng)器中，當(dāng)反應(yīng)在冰浴冷卻的情況下，在一小時之內(nèi)，HMBN(1310克，10摩爾)加入溫度為50℃的反應(yīng)器的H2SO4中。加腈反應(yīng)完成之后，生成的混合物在50℃保持1.5小時。
此后，加入900克水，被稀釋的混合物在一小時內(nèi)加熱到90℃，并繼續(xù)加熱一小時，以便酰胺轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物酸。
最終水解產(chǎn)物在70℃-90℃下，真空蒸發(fā)，直到終點壓力為100毫米汞柱為止，37克揮發(fā)物被除去。從水解液里除去揮發(fā)份的過程中沉淀出來的較少量的固體，加入2.2克水去溶解這些固體。
HMBA從一部分水解產(chǎn)物中用四級逆流萃取系統(tǒng)回收，這種類型的系統(tǒng)在圖3中說明。在本例子的萃取操作是，200克水解物和40克MIBK在第一級混合，生成萃取物和萃余物連同20克MIBK轉(zhuǎn)移到第二級，在第二級萃取分離后，85克第二級萃取物轉(zhuǎn)送到第三級進(jìn)一步和17克MIBK混合，第三級萃取分離后，70克萃余物和14克MIBK在第四級混合，在室溫下的萃取就會全部完成了。每級萃取的相分離后，每級的萃取物和萃取物分析HMBA，在表四中給出了結(jié)果。
表六HMBA分析(%重量百分比)級 萃取物 萃余物1 57.6 5.672 16.4 1.823 5.5 0.704 2.0 0.82例8將HMBA(18.16克)加入16.72克34.7%(We)的鹽酸溶液(16.72克)中，鹽酸溶液在一個380升用夾套冷卻的玻璃-管式反應(yīng)器中。生成的混合物的溫度在15分鐘，時間由30℃增加到50℃，在2小時時間維持溫度在50℃和60℃之間，以產(chǎn)生一個含有2-羥基-4-甲基-硫代丁酰胺的中間體水解物。此后，在15分鐘內(nèi)，溫度增加到82℃，在約80℃繼續(xù)反應(yīng)90分鐘，以產(chǎn)生含有2-羥基-4-甲基硫代丁酸的最后水解物。
此外，加入29.5%氫氧化銨溶液(0.84克)，部分中和這水解液，已中和的水解液在真空下部分蒸餾，除去揮發(fā)雜質(zhì)。在蒸餾以前，由另一個操作來的洗滌水和所含的2-羥基-4-甲基硫代丁酸與已中和的水解液混合。在蒸餾中，最初的壓力是150毫米汞柱絕對壓力，在160分鐘內(nèi)，上述壓力在70℃降到25毫米汞柱絕對壓力。隨著蒸餾的進(jìn)行，除掉足夠的水份。因此氯化銨就沉淀下來，在蒸餾釜中，形成漿。
這漿(用重量表示100份)用水(用重量表示64份)稀釋，去溶解在液相中的氯化銨鹽，幾份(每份20.0克)已洗提的和已稀釋的水解液在室溫與下表所列的每一個溶劑激烈混合約15分鐘。混合以后，相分離，作HMBA分析，表7給出的是分析結(jié)果及這個例子的單級萃取所計算的分配系數(shù)。
表7HMBA分析(%重量百分比)溶劑 萃取物 萃余液 分配系數(shù)1-丁醇 22.8% 3.2% 7.11-戊醇 23.8% 3.9% 6.12-戊醇 23.0% 4.9% 4.7甲基乙基酮 22.3% 4.9% 4.6甲基異丁基酮 21.0% 8.4% 2.5
HMBA分析(%重量百分比)溶劑 萃取物 萃余液 分配系數(shù)乙酸乙酯 23.7% 10.6% 2.2乙酸正丙基脂 20.8% 10.2% 2.0乙醚 24.7% 8.2% 3.0甲基正丙基酮 21.4% 6.2% 3.6例9例8的一部分水解物漿(用重量表示100份)在70℃，用水(用重量表示40份)稀釋，去溶解其中所含的氯化銨鹽。一份(20.2克)已稀釋的水解液在70℃與甲基異丁酮劇烈混合十五分鐘。相分離并作2-羥基-4-甲基硫代丁酸分析。
此后用1-丁醇重復(fù)萃取。
在這個例子中所產(chǎn)生的萃取物和萃余液的分析結(jié)果以及由分析數(shù)據(jù)所計算的分配系數(shù)都在表8中給出。
表8HMBA分析(%重量百分比)溶液 萃取物 提余液 分配系數(shù)1-丁醇 26.8% 8.9% 3.0甲基異丁基酮 23.8% 10.0% 2.4例10在例8中產(chǎn)生的一部分鹽酸水解漿液(用重量表示100份)用水(用重量表示64份)稀釋，去溶解氯化銨固體。然后用表3說明的典型系統(tǒng)將已稀釋的水解液進(jìn)行四級逆流萃取。在這萃取操作中，水解液(200克)和甲基正丙酮(100克)在第一級中混合并分離為萃取物和萃余液。第一級萃余液(110克)與添加的甲基正丙基酮(55克)一起送到第二級。在第二級相分離后，一部分第二級萃余液(88克)被送到第三級，在那里，它與更多部分的甲基正丙基酮(44克)混合。將萃取物從第三級分離后，第三級的一部分萃余液(71克)與添加的甲基正丙基酮(35.5克)在第四級混合。萃取在室溫下全部完成了。在每一級萃取的相分離后，萃取液和萃余液分析HMBA在表Ⅳ中給出了分析結(jié)果。
例11把水加入取自制取HMBA的工業(yè)設(shè)備的水解產(chǎn)物中，隨著水的加入，水解產(chǎn)物中的氯化銨固體被溶解，產(chǎn)生包含按重量計38.2%的HMBA和15.3%的氯化銨的稀水解產(chǎn)物。把該水解產(chǎn)物以166g/m的速率加到直徑為2.54cm，板堆積高度為162.6cm的往復(fù)震動板式萃取柱的頂部。甲基正丙基酮以998/min的速率加入柱的底部。溶劑連續(xù)通過萃取區(qū)域，萃取液和提余液的樣品表明，按重量計萃取液的HMBA含量為35.4%，而提余液的HMBA含量為0.36%。
例12在制取HMBA的工業(yè)裝置中產(chǎn)生的鹽酸水解產(chǎn)物的樣品經(jīng)過萃取過程，而不必先稀釋以溶解水解產(chǎn)物中懸浮的氯化銨固體。把含有按重量計61.8%的HMBA和23.6%的氯化銨(溶解的和懸浮的總量)的水解產(chǎn)物漿液，從攪拌容器中以1258/min的速率加入直徑為2.54cm的往復(fù)震動板式萃取柱中，加料點在板堆積層(plate stack)頂部以下30.5cm處，水以22g/min的速率從柱的頂部加入，MIBK溶劑以98g/min的速率從板堆積層(總高為162.6cm)底部加入。MIBK連續(xù)通過萃取區(qū)域。萃取的操作溫度為50℃。萃取液經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)含有41.1%HMBA和0.36%氯化銨，提余液含有0.57%HMBA和大量的氯化銨晶體。
本實例表明，即使在水解產(chǎn)物原料和提余液中含有相當(dāng)大量的鹽結(jié)晶體的情況下，不必先分離固體，就可進(jìn)行較優(yōu)的具體萃取步驟。根據(jù)此結(jié)果和類似的操作，可以發(fā)現(xiàn)固體基本上包括在水相中，而得到基本沒有固體的萃取液。
例13把107.6kgHMBN加入在38升玻璃內(nèi)襯反應(yīng)器中的123.9kg含有按重量計64.9%的硫酸溶液中，該反應(yīng)器帶有外部熱交換器，循環(huán)泵和用于反應(yīng)器內(nèi)溶液循環(huán)和冷卻的有關(guān)的管道。腈類化合物的加入在59分鐘內(nèi)進(jìn)行，在最初9分鐘，混合物從30℃加熱至60℃，在余下的50分鐘中，混合物溫度維持在60℃。腈類化合物加完后，混合物在60℃再攪拌15分鐘，從而產(chǎn)生中間的水解產(chǎn)物。
此后，在反應(yīng)混合物中加入77.2kg水，再將混合物在30分鐘內(nèi)從60℃加熱至89℃，然后，混合物在89℃下再恒溫88分鐘，產(chǎn)生含有HMBA的最終水解產(chǎn)物。
在水解作用完成后，使反應(yīng)器中的混合物處于真空下，蒸發(fā)出21磅(9.5kg)水和揮發(fā)物質(zhì)。
在汽提揮發(fā)物質(zhì)后，水解產(chǎn)物以204g/min的速率加入直徑為2.54cm的往復(fù)震動板式萃取柱中，加料點在224cm高的板堆積層頂部往下61cm處。水以23.5kg/min的速率加入萃取柱的頂部，MIBK以112g/min的速率加入柱的底部。MIBK連續(xù)通過萃取區(qū)域，萃取柱在約60℃下操作。從萃取柱頂部得到的萃取液經(jīng)過一個預(yù)熱器，在常壓下，被加熱至115℃。在此條件下，大部分MIBK被蒸發(fā)。殘余的有機液體相加入汽提柱的頂點，該柱直徑為7.6cm，高為229cm，填裝著Cannon 0.64cm的多孔金屬填料。蒸汽以19g/min的速率從柱的底部加入，柱頂壓力保持常壓而柱底部溫度為116℃。柱底產(chǎn)物經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)含有88.9%的HMBA，0.56%的硫酸根離子，其余為水。產(chǎn)物的加納爾(Garder)顏色為4。
例14按例13一般描述的方法制備HMBA水解產(chǎn)物。
水解產(chǎn)物以201g/min的速率通過2.54cm直徑的往復(fù)震動板式萃取柱而被萃取，加入點在220cm板堆積層頂部往下61cm處，水以22.5g/min的速率從柱的頂部加入，MIBK以111g/min的速率從柱的底部加入。在萃取區(qū)域中，溶劑相為連續(xù)相，柱的操作溫度約為60℃。
從往復(fù)震動板式萃取柱頂部得到的萃取液經(jīng)過一個熱交換器，在147mmHg壓力下，被加熱至71℃。在此條件下，絕大部分MIBK餾分被蒸發(fā)，將殘余液體加入例13所描述的那種汽提柱頂部。蒸汽以28.5g/min的速率加入柱的底部，柱頂壓力是147mmHg。得到的柱底產(chǎn)物經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)按重量計含有89.0%的HMBA和0.54%的硫酸根離子，其余基本上是水。
根據(jù)上文，所以看見本發(fā)明的幾個目的實現(xiàn)了同時得到了其他有利的結(jié)論。
由于在上述過程和方法中可能出現(xiàn)各種未超出本發(fā)明范圍的變化，上述描述中所包含的或附圖中所顯示的所有問題應(yīng)當(dāng)解釋為一種說明而不是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.制備2-羥基-4甲硫基丁酸的方法，包括下列步驟用無機酸水解2-羥基-4-甲硫基丁腈，得到的水解液中含2-羥基-4-甲硫基丁酸，同時基本上沒有未反應(yīng)的2-羥基-4-甲硫基丁腈和2-羥基-4-甲硫基丁酰胺；不必預(yù)先分離水解液中存在的大部分固體，即可將其在液-液萃取系統(tǒng)內(nèi)與實際上不溶于水的有機溶劑接觸，得到的萃取液中含有上述溶劑及從水解液中萃取出的2-羥基-4-甲硫基丁酸，控制萃取條件，使萃取液和含水萃余液是萃取后相分離時得到的唯有的兩個液相；以及從萃取液中回收2-羥基-4-甲硫基丁酸。
2.在權(quán)項1中所述的方法，其中水解反應(yīng)分批進(jìn)行，攪拌下，將2-羥基-4-甲硫基丁腈加到裝有無機酸的容器內(nèi)。
3.在權(quán)項2中所述的方法，其中，進(jìn)入萃取系統(tǒng)的水解液含有足量的水，不會將大量固體帶入萃取系統(tǒng)。
4.在權(quán)項2中所述的方法，其中水解液中含有足量水，可避免因水解而產(chǎn)生出固體。
5.在權(quán)項1中所述的方法，其中，溶劑的沸點在60-200℃之間，2-羥基-4-甲硫基丁酸在溶劑(含有2-羥基-4-甲硫基丁酸)與含水萃余液(上述溶劑與上述水解液接觸后的剩余液)之間平衡時的分配系數(shù)至少約等于2，在萃取液(含有2-羥基-4-甲硫基丁酸)與水相(上述提取物與洗滌水接觸后的水相)之間平衡時的分配系數(shù)至少為1.0，室溫下，水在上述溶劑中的溶解度不大于12%(重量)。
6.在權(quán)項1中所述的方法，其中，利用溶劑進(jìn)行萃取，得到萃取液，將其與洗滌水接觸后，2-羥基-4-甲硫基丁酸在上述萃取液與洗滌水之間平衡時的分配系數(shù)，不大于0.3，從上述萃取液回收的2-羥基-4-甲硫基丁酸，經(jīng)水洗，即可得到2-羥基-4-甲硫基丁酸水溶液。
7.在權(quán)項6中所述的方法，其中，從上述水溶液中蒸出水后，得到的液體產(chǎn)物包括2-羥基-4-甲硫基丁酸，水溶液含量約為80～95%(重量)。
8.制備2-羥基-4-甲硫基丁酸的方法，包括下列步驟用無機酸水解2-羥基-4-甲硫基丁腈，得到含2-羥基-4-甲硫基丁酸的水解液;上述水解液在液-液萃取系統(tǒng)內(nèi)與一實際不溶于水的有機溶劑接觸，得到的萃取液含有上述溶劑和從水解液中萃取出的2-羥基-4-甲硫基丁酸;以及上述萃取液經(jīng)蒸汽蒸餾除掉溶劑，得到的底部餾份包括含有2-羥基-4-甲硫基丁酸和水的混合物。
9.在權(quán)項8中所述的方法，其中，控制蒸汽蒸餾過程，使上述底部餾份中水含量至少為5%(重量)。
10.在權(quán)項9中所述的方法，其中，控制蒸汽蒸餾過程，使底部餾份中水含量約為5～20%(重量)，2-羥基-4-甲硫基丁酸單體、二聚體、低聚物的總含量約為80～95%(重量)。
11.在權(quán)項9中所述的方法，其中，在有許多平衡級的柱內(nèi)進(jìn)行蒸汽蒸餾，控制底級溫度不高于120℃。
12.在權(quán)項9中所述的方法，其中，控制蒸汽蒸餾的操作過程，使整個蒸餾柱內(nèi)液相中的水含量至少保持在4%(重量)。
13.在權(quán)項12中所述的方法，其中，控制蒸汽蒸餾的操作過程，使整個蒸餾柱內(nèi)液相中的水含量至少保持在5%(重量)。
14.在權(quán)項11中所述的方法，其中，2-羥基-4-甲硫基丁酸在蒸餾柱內(nèi)的停留時間不超過1.5小時。
15.在權(quán)項8中所述的方法，其中，不須預(yù)先分離出水解液中存在的大量固體成份，即可用于萃取，萃取液中含足量水，使萃取系統(tǒng)內(nèi)無固體積蓄。
16.在權(quán)項15中所述的方法，其中，進(jìn)入萃取系統(tǒng)的水解液內(nèi)含足量水，不會將大量固體帶進(jìn)系統(tǒng)。
17.在權(quán)項16中所述的方法，其中，進(jìn)入上述系統(tǒng)的水解液內(nèi)含足量水，不會有大量固體在上述系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生。
18.在權(quán)項16中所述的方法，其中，上述混合物內(nèi)含足量水，避免了因水解而產(chǎn)生出固體。
19.在權(quán)項8中所述的方法，其中，上述溶劑的沸點約在60～200℃之間，2-羥基-4-甲硫基丁酸在溶劑(含有萃取出的2-羥基-4-甲硫基丁酸)與含水萃余液(上述溶劑與上述水解液接觸后的剩余液)之間平衡時的分配系數(shù)至少約等于2，在提取物(含有2-羥基-4-甲硫基丁酸)與水相(上述提取物與洗滌水接觸后的水相)之間平衡時的分配系數(shù)至少為1.0，水在上述溶劑中的溶解度，室溫下不大于12%(重量)。
20.在權(quán)項19中所述的方法，其中，上述沸點約為70～170℃，上述溶解度不大于8%(重量)。
21.制備2-羥基-4-甲硫基丁酸的方法，包括下列步驟在包括含水無機酸的混合物中水解2-羥基-4-甲硫基丁腈，得到含2-羥基-4-甲硫基丁酸的水解水溶液;上述水解水溶液與不溶于水的溶劑接觸，得到的萃取液中含有上述溶劑和從上述水溶液中萃取出的2-羥基-4-甲硫基丁酸，上述溶劑的沸點約為60～200℃，2-羥基-4-甲硫基丁酸在溶劑(含有萃出的2-羥基-4-甲硫基丁酸)與含水萃余液(上述溶劑與上述水解液接觸后的剩余液)之間平衡時的分配系數(shù)至少約等于2，在提取物(含有2-羥基-4-甲硫基丁酸)與水相(上述提取物與洗滌水接觸后的水相)之間平衡時的分配系數(shù)至少為1.0，水在上述溶劑中的溶解度，室溫下不大于12%(重量)。
22.在權(quán)項21中所述的方法，其中，上述沸點約為70～170℃，上述溶解度不大于8%(重量)。
23.在權(quán)項22中所述的方法，其中，上述溶劑選自由酮、醛、羧酸烷基酯組成的一類化合物。
24.在權(quán)項21中所述的方法，其中，2-羥基-4-甲硫基丁酸經(jīng)連續(xù)逆流萃取，從上述水解液中轉(zhuǎn)移到上述溶劑中。
25.在權(quán)項24中所述的方法，其中，在逆流萃取系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行萃取，萃取液用混合水水洗，在上游位置與水混合，根據(jù)水流的方向，即是在水解液進(jìn)料口的上游位置與水混合。
26.在權(quán)項25中所述的方法，其中，在逆流萃取系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行萃取，該系統(tǒng)內(nèi)有一萃取段，該萃取段包括促進(jìn)溶劑相與水相間的質(zhì)量傳遞的設(shè)備，控制萃取操作過程，確立溶劑相為上述萃取段中的連續(xù)相并保持之。
27.在權(quán)項21中所述的方法，其中，不須預(yù)先分離出水解液中實際存在的任何固體成份，即可用于萃取，萃余液中含足量水，使萃取系統(tǒng)內(nèi)無固體積蓄。
28.在權(quán)項27中所述的方法，其中，進(jìn)入萃取系統(tǒng)的水解液內(nèi)含足量水，不會將大量固體帶進(jìn)系統(tǒng)。
29.在權(quán)項28中所述的方法，其中，進(jìn)入上述系統(tǒng)的水解液內(nèi)含足量水，不會有大量固體在上述系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生。
30.在權(quán)項28中所述的方法，其中，上述混合物內(nèi)含足量水，避免了因水解而產(chǎn)生出固體。
專利摘要
2-羥基-4-甲硫基丁腈用無機酸水解，得到含2-羥基-4-甲硫基丁酸的水解溶液，基本上沒有未反應(yīng)的2-羥基-4-甲硫基丁腈和2-羥基-4-甲硫基丁酰胺。萃取回收水解液中的2-羥基-4-甲硫基丁酰。不必預(yù)先分離水解液中存在的大部分固體，即可進(jìn)行萃取。萃取液中的2-羥基-4-甲硫基丁酸，經(jīng)蒸汽蒸餾即可回收。萃取劑沸點在60-200℃之間。2-羥基-4甲硫基丁酸在萃取液和萃余液之間的分配系數(shù)，及其在萃取液和洗滌水之間的分配系數(shù)。
文檔編號A23K1/16GK85101573SQ85101573
公開日1987年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者魯斯, 塔卡諾, 沃爾夫 申請人:孟山都公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan