Способ получения бетаина

Изобретение относится к усовер шенствованному способу получения бетаина путем выделения его из мее пассы. УБетаин важный компонент мелас 5 Асы (черной патоки), используется в животных кормах. Известен способ получения азотор ганических соединений, в частиости- Обетаина, путем пропускания мелассы через сильный катнонообмениик, прок мыванием обменника после его освобождденин от остаточнопо раствора и-дечсорбцией бетаина пропусканием разбавленного аммиачного раствора череэ 15.слой смолы 13. . Ыанбелсе близким к данному являЕТЦЯ СПССЧ ПОЛУЧННЯ СОЛЯНОКНСЛОГО бетаина из раствора мелассы пропусканием его через катионит (КУ-2) ВН форме, отмывкойкатионита от сахара дистиллированной водой и обработкой дйтным раствором аммиака с-последующим кипячением элюата бетаина(для удаления свободного аммиака). Далее бетаин очищают добавлением известкового молока и обработкой углекисльм газом до рН 7,2 С ПОСЛЕ дующим осветлением фильтрата активи 20роваиш 4 углемхаобработкойгазообР 353 О дым НС 2.Прн этом получают солянокислый бетанн с выходом 81,12 от сои держания его в элюате 2.Недостатком указанного способам является сложность получения целево Иго продукта, так, элюирование бетаи на из катионообменной смолы проводят раствором аммиака. Способ состоит из нескольких стадий и требует испольт зования хиикатов.Цель изобретения - упрощение прод цесса получения бетаина из мелассы.Поставленная цель достигается способом, который заключается в том, чтомелассу предварительно разбавляют водой до содержания в ней твердых частиц 35,54 О, подвергают хроматографии при 6 О 85 С введением ее с равномерным распределением по поверке р ности смол в верхней части колонки,5 п 1 заполненной.катионообменной смолой И водой, используя в качестве смолыЫа соль полистиролсульфоната, соединенную с 3,5-6,5 мас.2 дивинилбенаола, со средни размером частиц 55 0,23-0,45 мм, в качестве злюентаводу, и выделяют кристаллический.бе танн из раствора бетаина концентриРОВЗНИЕМ ПОСЛеДНеГО ДО СОДЕРЖЭННЯ твердых частиц 76-80 мас.2 затравлит ваниемкристаллами бетаина, кристал лизацией при 75-959 С в вакууме 100200-мбар и возвращением маточники в разбавленный раствор мелассы, последующей перекристаллизацией полученных безводных кристаллов бетаина. Данный способ заключается в том,что бетаин выделяют из сахара и несахара мелассы с помощью хроматогра- фического процесса. Раэбавленную мелассу направляют в хроматографинес КУЮ КОЛОННУ. При ЭЛНРОВЗНИЙ разбавленной мелассы из колонны вместе с водой в качестве злюата образуется сначала отработанная фракция, не содержащая сахара, вторая фракция, содержащая значительное КОЛИЧЕСТВО Са хара в сырье, и третья бетанновая фракция, которая элирует в хвостовой части после сахарной фракции и содержит высокий процент бетаина в сырье, достигая 80 или более на сухой вес Из указанной бетаиновой фракциибетаин можно выделить путем кристаллизации или получить в виде гидрохлорида. р н П 9 ДХОДЯЩИМ сырьем ДЛЯ производства бетаина.является меласса сахарной свеклы, в которой обычно содержится 382 бетаина на сухой вес. Остальные мелассы из процесса обессахаривания И бардаизпроцесса брожения отлича ЮТСЯ ВЫСОКИМ СОДЕРЖЗНИЕМ бетаина И такжеявляются хорошим СЫРЬЕМ.Бетаиновый гидрохлорид, которьй . используется в фармацевтической иромышленности, получают из богатой бетаином фракции, полученной с помой щвю данного способа, с использовани ем эквивалентного количества соляной кислоты.На фиги 1-12 схематически дано общее описание способа.Согласно фиг. 1 И в соответствии со способом мелассу, содержащую бе-.таин, разбавляют до содержания твер дого вещества порядка 35-02 и направляют в промышленную хроматографиЧЕСКУЮ КОЛОННУ. КОЛОННЗ СОДЕРЖИТ сильную катионообмеиную смолу в виде соли щелочного металла (наиболее экономичны является натри). Слой смолы до подачи в колонну разбавлен ной мелассы заливают водой. После загрузки мелассы колонну элюнруют спомощью воды при 60-85 С и элюат собирают в виде нескольких фракций. Смолой, используемой в колонне,предпочтительно является соль щелочного металла сульфированной полисти- 5 рольной обменной смолы, сшитой 3,56,5 вес. дивинилбензола (ДВБ). Эта смола характеризуется равномерны размеромчастиц и имеет средний диаметр шариков 0,23-0 д 5 мм. Высота 10 слоя смолы 2,5-10 М. Скорость пода чи сырья 0,5-2 м 3/ч/мг поперечногосечения колонны со смолой. Сырье бетаинсодержащая МЕПЗССЗ, ОСТЭГОЧНая меласса, или барда, которую раз- 15 бавлнют водой для того, чтобы В ней содержалось 35,5-40 мас. сухого ве ЩЕСТВЗ. ПРИ ЭПЮНРОБЭНИИ С ПОМОЩЬЮ ВОДЫ ИЗ КОЛОННЫ ПОПУЧЗЮТ В ВИДЕ злюата 20первую отработанную фракцию, не содержащую сакара вторую, сахарсодер жащую фракцию и третью фракцию,состоящую главны образом из бетаи на. Не содержащая сахара и сакар- 25 содержащая фракции подвергаются дальнейшей обработке для получения сахара и остаточной мелассы.При использовании загрузочных растворов с относительно низким 1 30 уровнем содержания сахара во второй,сакарсодержащей, фракции могут не со держаться имеющие промыленное значение количества сахара. В таком случае эту фракцию можно использовать в качестве корма для крупного рогатого скота или часть ее или всю возвран тить в систему с последующим сырьем. Кроме того, осуществляют последовательные загрузки разбавленной мелас- П сы с заданными интервалами в подаче,сопровождаемые злшированием с помощью воды. После-этого при необходимости можно частично перекрывать загрузки. Таким образом бетаиновуш фракцию в 45 колонне из предьщущеи загрузки элюируют с использованием разбавленной мелассы из последующей загрузки В качестве элюата. В этом случае последняя фракция из первой загрузки Зд содержит бетаин из первой загрузкивместе с небольшой частью других ин гредиентов из второй загрузки.-Преимущество этой технологии состоит в том,ду загрузками и общее время обработКИ ДЛЯ ДАННОГО КОЛИЧЕСТВЕ. мелассы значительно уменьшается.ЧТО ПРОХОДИТ МЕНЬШЕ ВРЕМЕНИ йеж-55 Бетаин выделяют из фракции, состоящей в основном из бетаина (бетаиновая фракция на фиг. ) благодаря первоначальному выпариванню его приблизительно до 76-802, предпочтительно до 80 Хмной концентрации по сухому веществу. Раствор затравляют безводными кристаллами бетаина и безводный бетаин кристаллизуют за счет поддержания температуры 75-95 С при вакууме впределак около 100-200 мбар в коде кристаллизации. Для осуществления этой стадии процесса пригоден обычный вакуумный кристаллизатор, которы применяется в сахарной промышленности. Воду выпаривают, вызывая рост кристаллов. После практического завершения кристаллизации, что соответствует обозначению на фиг. 1.таллы бетаина отделяют от маточногораствора центрифугированием. Маточник концентрируют до содержания в нем твердых частиц порядка 76-802, за травливают раствор безводныи крис ТЭЛЛЗМИ бетаина, благодаря КРИСТНЛ ЛИЗЕЦИИ В ВЭКУУМНОМ кристаллизаторе ПОПУЧЗЮТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ КОЛИЧЕСТВОбезводных кристаллов бетаина, как по казано и обозначено на фиг. 1 (Кристаллизация 163. При второй кристаллизации 16 температуру поддерживают на уровне 80-90 С под вакуумом в пределах приблизительно 60-100 мбар Время кристаллизации при первой кристаллизации 4-10 ч, при второй кристаллизации необходимо около 612 ч. После первой кристаллизации выход бетаина 50-55, после второй 40-50. Чистота кристаллов при первой кристаллизации 99 и при второй.98. Указанные операции кристаллиза ции.(Кристаллизация 1 а и 1 б) дают целевой продукт, которьй может бытьПРЕДСТЭВЛЕН как ХИМИЧЭСКН ЧИСТЫБетаиновьй моногидрат фармацевтической чистоты получают путем растворения в воде сьюьш бетаиновых кристаллов, полученных в коде кристаллизации та и Нб, с целью получения раствора, содержащего приблизительно 602 твердых частиц, подвергал таким образом полученньй раствор обесцвечиванию путем обычной фильтрационной обработки с помощью активированного угля, н перекристаллизации бетаина из воды в вакуумномкрнсталлизаторе при 7585 С под вакуумом 100200 мбар. Время кристаллизации в этих условиях 2-й ч, выход бетаина 50-552 по отношению ко все 5 мубетаину, содержащемуся в сырье, а чистота кристаллов превышает99,82. Эта стадия процесса представлена на фиг. 1 (Кристаллизация 11).Чистый бетаин получают также и 10другим путем. Его можно отделить отмелассыпутем хроматографической сепарации на две стадии сырьевая сепарация (разделения) для сбора бога 15 разделяют второй раз для получеиня чистого раствора бетаина. Материальный баланс для двухступенчатого разделения приведен на фиг. 7. Чистота раствора бетаина, который получают из второй сепарации,90. Из этого раствора кристаллизуется бетаинИзобретение также относится к способу получения бетаина из инвертнрованной мелассы. При хроматограт фяческом отделенииинвертированной мелассы бетаин отделяют от несахара. Инвертированныесахарные моносахариды частично перекрывают бетаин,но при этом можно получитьфрак цню богатую бетанном. Из богатой бетаином фракции бетаин выделяют путем обычной ионообменной обработкн.7 Схема получения бетаина из инвертированной мелассы показана на фиг. 10.На фиг. 11 изображено хроматогра фическое отделение инвертированнойщью кислотной или ферментной обработкн. Инвертнрованную мелассу подвергают хроматографической операцни,как указано. Францию, богатую бетаином,в которой содержится часть инвертиро 45ляют и подвергают ионообменной обработке в соответствии с известными методами. Инвертнрованную сахарнуюфракцию из ионообменной колонны объе, диияют с сахарной фракциейиз кроматографнческой сепарации. Бетаин элюируют из ионообменной колонны с помощью разбавленного аммака или другого подходящего растворителя для элюирования. из нейтрализованного такимобразом раствора бетаин кристаллизут ЕТСЯ Б виде БЕЗВОДНОГО бетаина ИДТИ шщщшюшщабшшшшП р и м е р 1. Выделение бетаина из мелассы.Бетаин выделяют из мелассы путемее через хроматографическую колонну.Хроматографическая колонна. Сульфированная полистирол-дивинилбензоль ная катионообменная смола в виде Ыа 55 ДВБ. Средни диаметр частиц 0,45 мм. Высота слоя 6,1 м и диаметр слоя 2,76 м. Слой вначале полностью находится в воде.Растворитель для элюирования вода.Загрузка 1455 кг сухого вещества в виде мелассы, разбавленные водой до 39 сухого веса. . -Семь отдельных фракци собирают в процессе промышленного разделения,как показано нафиг.4 и в табл. 1. Состав фракций приведен в табл. 1. Фракция 2 является фракциейотходом и выводится из процесса для последующего испольаования в качестве животного корма, фермента или т.п. Фракция 5 представляет собой сахарнуюфракцию. Фракции 1,34 и 6 возвращаются обратно в систему благодаря объединению ихс сырой мелассой для дальнейшей переработки. В выделенной бетаиновой фракцииНесколько последующих загрузок выполняют с вводом воды в верхнюю часть колонны между каждой загрузкой в качестве растворителя для элюировании. Колонна со смолой всезагрузки бетаин, которъй злируют последним в качестве фракции 7,выделяют перед другой фракцией,не содержащей сахара, из следующейзагрузки. Время МЕЖДУ ЗЕГРУЭКЗМН 140 мин.П р и м е р 2. Получение безводного бетаина и моногидрата бетаина.Долучают безводный бетаин И моногидрат бетаина, материальный баланс процесса приведен на ФНГ- 2 МЕЛЭССУ отделяют методом промышленной КРОМЕ тографии как указано в примере 1. Выход бетаина при разделении 75 55 таина на загрузку, Чистота РЗСТВОРЗ 75 на сухой вес. Согласно процессу примера 1 проводят последовательные загрузки разбавленной мелассы С последукщцпцраЗДеЛеНИеМПОЛУЧеННЫг бетаиновые фракции из-растворителя для элюировании из каждой последующей загрузки объединяют. В качестве растворителя для элюировании используют воду, время МЕЖДУ Каждой 33 грузкой 140 минут, В полученном таким образом разбавленном растворе бетаина в виде комбинированной бетаи 4,5 вес.2 сухого вещества, этот раствор выпа ривают до концентрации 80 Вес-о Полученный таким образом концентри.рованный раствор затравляют кристаллами-бетаина и безводный бетаин под 3 о вергают кристаллизации, как в фазе 1 а на фиг. 2, при 75-85 С под вакуумом ноколо 100 мбар. Выход кристаллов бетаина 55. Чистота кристаллов 99. Кристаллизацию проводят в обьшном сахарном кристаллизаторе с принудительной циркуляцией. Время кристаллизации 6 ч. 4Кристаллы отделяют от маточного раствора путем центрифугирования в. обычнойцентрифУге для сахара. Маг точник выаривают и благодаря кристаллизации при 8 О 90 С (позиция 1 В на фиг. 2) и под вакуумом 60-1 ООыбар выделяют дополнительное количество .45Выиод для этой операции кристаллизации 48 и чистота кристаллов 982. Время кристаллизации 8 ч. Маточник второй кристаллизации 16 возвращают В загрузочный раствор.Для получения моногидрата бетаина фармацевтической чистоты полученные растворяют в воде для получения 60 вес.2 раствора твердых частиц, РЗСТВОР очищают путем обработки с использованием активированного угля с после 55дующей фильтрацией. Из очищенного рад створа моногидрат бетаина кристалли-зуют при 8 ОС в крнсталлизаторе для сахара (Кристаллизация 11). Выход552, чистота кристаллов бетаина почти 100. Маточник возвращают обратно в качестве сырья для стадии Кристаллизация 1 а. Пргтмер 3.Пщгюшекшшталлического бетаина. Материальный баланс производства кристаллического бетаина приведен на фиг. 3. . Мелассу отделяют с помощью промышленной хроматографии аналогично нпримрам 1 И 2 Проводят последуют щие загрузки, собранные бетаиновые фракции объединяют. Выход бетаина при фракционировании 80, чистота раствора бетаина 802 на сухой вес,концентрация 4,0 вес.2. Разбавлент ный раствор бетаина подвергают концентрированию путем выпаривания приблизительно до 802 твердых частиц,затравляют, безводный бетаин кристалпиэуют аналогично примеру 2. Сые рые безводные кристаллы бетаина растворяют в воде, раствор подвергают обычному обесцвечиваиию и фильтрации. Из очищенного раствора кристаллнзуют моногидрат бетаина. Вышед 72 кг бетаинового ангидрида и 100 кгмоногидрата бетаина (на безводной основе). П р И м е р 4. Разделение обессахаренной остаточной мелассы. Бетаин выделяют из обессахаренной остаточноймелассы путем пропускания ее ЧЕРЕЗ ХРОМЗТОГВЗФИЧЭСКУЮ КОЛОННКолонна. Сульфированная полистиролдивинипбензопьная катионообмент иая смола в На-форме. Средний диаметр частиц 0,42 мм. Высота слоя 5,4 М. Диаметр слоя О,225.м. Производительность 0,04 м/чсахароза 132,4 Бетаин 9,1 Остальные твер дые частицы 58,5РЗСТВОРИТЛЬ ДЛЯ ЭПЮНРОВВНИЯ ВО да.