一種糖精鈉的生產(chǎn)方法

(中國(guó)平煤神馬集團(tuán) 開封興化精細(xì)化工有限公司 ， 河南 開封 475002)

糖精鈉又名鄰磺酰苯甲酰亞胺鈉，于1879年開發(fā)，是最早應(yīng)用的人工合成非營(yíng)養(yǎng)型甜味劑，溶于水，在稀溶液中的甜度為蔗糖的200～500倍，濃度大時(shí)有苦味，在酸性條件下加熱，甜味消失，并可形成苦味的鄰氨基磺酰苯甲酸。因其低熱量、不為人體吸收、可隨大小便一起自動(dòng)排出等特點(diǎn)被肥胖病、高血脂、糖尿病和齲齒等患者用作食糖替代品。另外也可用作電鍍鎳鉻的增亮劑、血液循環(huán)測(cè)定劑、滲透劑等，用途相當(dāng)廣泛。

1 傳統(tǒng)工藝與新工藝

傳統(tǒng)的糖精鈉生產(chǎn)工藝是以苯酐為原料經(jīng)過酰胺化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、重氮化反應(yīng)、置換反應(yīng)、氯化反應(yīng)、胺化反應(yīng)、中和反應(yīng)，60 ℃時(shí)得濃度為1.21～1.38 g/mL的糖精鈉溶液，經(jīng)脫色、過濾、濃縮、結(jié)晶、甩干、干燥后得糖精鈉成品，而其中的胺化反應(yīng)是以氨水為原料與氯化反應(yīng)得到的鄰磺酰氯苯甲酸甲酯反應(yīng)，生成鄰磺酰苯甲酰亞胺銨(俗稱糖精銨)，鄰磺酰苯甲酰亞胺銨的水溶液加入鹽酸生成鄰磺酰苯酰亞胺(俗稱糖精)，該產(chǎn)物不溶于水，經(jīng)離心機(jī)分離后再投入反應(yīng)釜中，加入氫氧化鈉反應(yīng)生成糖精鈉溶液，再經(jīng)過脫色、過濾、濃縮、結(jié)晶、甩干、干燥后得糖精鈉成品。本生產(chǎn)方法工藝路線復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，產(chǎn)生大量的含氨氮廢水，生產(chǎn)成本高，嚴(yán)重制約了產(chǎn)能。

2 新工藝關(guān)鍵控制點(diǎn)

胺化反應(yīng)關(guān)鍵控制點(diǎn)選擇如下：

2.1 氨水取代試劑選擇

將鄰磺酰氯苯甲酸甲酯的甲苯溶液稱重，并根據(jù)鄰磺酰氯苯甲酸甲酯的含量計(jì)算需要投加的氨水取代試劑的質(zhì)量，加入氨水取代試劑，觀察溫度變化，每5 min升高2～3 ℃，50～55 ℃時(shí)開啟循環(huán)水降溫，反應(yīng)終點(diǎn)為鄰磺酰氯苯甲酸甲酯殘量≤0.5%。胺化反應(yīng)結(jié)束后測(cè)鄰磺酰氯苯甲酸甲酯生成鄰甲磺胺苯甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 氨水取代試劑選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表1可知，分別選用氨基甲酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨三種原料取代氨水進(jìn)行胺化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后計(jì)算轉(zhuǎn)化率分別為98%、85%、82%，因此選用氨基甲酸銨取代氨水進(jìn)行胺化反應(yīng)。

2.2 胺化反應(yīng)溫度控制選擇

將鄰磺酰氯苯甲酸甲酯的甲苯溶液稱重，并根據(jù)鄰磺酰氯苯甲酸甲酯的含量計(jì)算需要投加的氨基甲酸銨的質(zhì)量，加入氨基甲酸銨，觀察溫度變化，每5 min升高2～3 ℃，50～55 ℃時(shí)開啟循環(huán)水降溫，反應(yīng)最高溫度分別控制在55、65、75 ℃，7 h后，測(cè)得鄰磺酰氯苯甲酸甲酯殘量≤0.5%，胺化反應(yīng)結(jié)束，記錄反應(yīng)所需時(shí)間，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 胺化反應(yīng)溫度控制選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表2可知，胺化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中需要用鹽水控制溫度，考慮能耗、反應(yīng)時(shí)間以及后面加入溶解甲苯需要升溫等因素，選擇胺化反應(yīng)最高溫度控制在70～75 ℃。

2.3 溶解甲苯加入量選擇

胺化反應(yīng)結(jié)束后，加入不同體積的溶解甲苯，升溫至96～98 ℃，充分?jǐn)嚢韬箪o置分層，分料后測(cè)下層未溶解的鄰甲磺胺苯甲酸甲酯的固體量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 溶解甲苯加入量的選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表3可知，為了將胺化反應(yīng)產(chǎn)生的鄰甲磺胺苯甲酸甲酯的固體和氯化銨的固體分離，故使用甲苯溶解鄰甲磺胺苯甲酸甲酯固體，生成鄰甲磺胺苯甲酸甲酯的甲苯溶液進(jìn)行下一步中和反應(yīng)。溶解甲苯的使用量會(huì)影響產(chǎn)品收率，所以盡可能將所有的鄰甲磺胺苯甲酸甲酯固體溶解，考慮到甲苯的后處理能耗，選擇5～6倍體積的甲苯進(jìn)行溶解。

3 胺化反應(yīng)新工藝

根據(jù)胺化反應(yīng)的關(guān)鍵控制點(diǎn)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，確定胺化反應(yīng)新工藝：①將置換反應(yīng)好的靜置沉降3～6 h，分出上層的鄰磺酰氯苯甲酸甲酯的甲苯溶液，取樣化驗(yàn)溶液中的鄰磺酰氯苯甲酸甲酯含量，正常含量為30%±2%。②將鄰磺酰氯苯甲酸甲酯的甲苯溶液稱重，并根據(jù)鄰磺酰氯苯甲酸甲酯的含量計(jì)算需要投加的氨基甲酸銨的質(zhì)量，加入氨基甲酸銨進(jìn)行胺化反應(yīng)，觀察溫度變化，每5 min升高2～3 ℃，50～55 ℃時(shí)開啟循環(huán)水降溫，反應(yīng)最高溫度控制在70～75 ℃，2 h后，測(cè)得鄰磺酰氯苯甲酸甲酯殘量≤0.5%，胺化反應(yīng)結(jié)束。③胺化反應(yīng)結(jié)束后加入5倍體積的溶解甲苯，升溫至96～98 ℃，充分溶解胺化反應(yīng)產(chǎn)生的鄰甲磺胺苯甲酸甲酯。再經(jīng)過靜置分層即可進(jìn)入下步中和反應(yīng)。

工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

4 結(jié)論