一种胍基乙酸的生产系统及其制备工艺的制作方法

1.本技术涉及胍基乙酸制备的技术领域，尤其是涉及一种胍基乙酸的生产系统以及一种胍基乙酸的制备工艺。


背景技术：

2.胍基乙酸（guanidineacetic acid，gaa）是甘氨酸在人体内代谢的中间产物，甘氨酸的氨基在代谢过程中氨基被胍基取代而形成。胍基乙酸属于氨基酸及其衍生物，作为一种新型的功能性促进剂，是一种非违禁药，无毒害，使用安全的物品。胍基乙酸被广泛用作饲料添加剂、有机物合成中间体，近年来，胍基乙酸作为添加剂的诸多优越性已被饲料行业规范认可并受到普及应用。胍基乙酸是肌酸的合成前体，肌酸对于动物肌肉生长发育和体能能量代谢有着重要作用，随着胍基乙酸功能的开发和应用，将有更大的应用空间，如：在动物日粮中添加胍基乙酸对于提高动物生长性能具有重要的应用价值。
3.在1841年首先描述了通过将氨腈添加到甘氨酸中来制备gaa (m .strecker ,compt.rend .1861 ,52,1212)。作为反应介质，使用弱苛性氨水溶液。目前，胍基乙酸的制备方法主要有硫脲—甘氨酸法、甘氨酸—单氰胺法和盐酸胍—氯乙酸法三种途径。早期主要采用硫脲甘氨酸路线，采用溴乙烷加成，使活性位偏移，再与甘氨酸反应，制得胍基乙酸，该制备工艺后处理中因含有硫醇等有机混合物，后处理较为复杂，且所制得的胍基乙酸产品主要用于农药等的制备。
4.公布号为cn113651726a中记载到胍基乙酸的制备方法，包括以下步骤：1)将反应用的碱分成两部分，第一部分的碱在反应开始前加入；甘氨酸与水混合后，调整合适的ph值；2)第二部分的碱与单氰胺分别同步缓慢加入反应体系中； 3)单氰胺和碱加完后调节ph值；4)离心分离、干燥即得胍基乙酸产品。
5.刊名为《乙醛醋酸化工》2018年第11期中“胍基乙酸的制备与应用前景”中记载到胍基乙酸的盐酸胍—氯乙酸法，包括以下步骤：先将盐酸胍水溶液与氢氧化钠水溶液按一定体积流量比分别同时泵入微结构混合器中，混合均匀后，经反应得到游离胍反应液；再将游离胍反应液与氯乙酸水溶液按一定体积流量比分别同时泵入另一微结构混合器中，混合均匀后，经反应得到胍基乙酸反应液；反应结束后，将胍基乙酸反应液降温、结晶、过滤、收集滤渣、干燥得到胍基乙酸。
6.通过以上三种方法，可以发现，目前，胍基乙酸的合成反应过程生产周期较长，生产效率也较低，又无法满足胍基乙酸的生产需要。因此，急需要开发一种生产周期短，生产效率高的胍基乙酸的工艺流程，以应对这种新型的功能性促进剂的大量生产的需要。


技术实现要素：

7.为了解决上述至少一种技术问题，开发一种生产周期短，生产效率高，的胍基乙酸的工艺流程，本技术提供一种胍基乙酸的生产系统及其制备工艺。
8.一方面，本技术提供的一种胍基乙酸的生产系统，所述胍基乙酸生产系统包括依
次连通的：研磨装置、分散装置、连续反应器、恒温反应装置、奥斯陆结晶器以及离心机，所述研磨装置与所述离心机连通，形成母液循环通道；所述胍基乙酸生产系统还包括集料装置，所述连续反应器首端连通有两个含有螺杆泵的管道，所述两个含有螺杆泵的管道分别与所述分散装置、所述集料装置相连接，并进行连续不间断投料；所述连续反应器中含有冷凝装置和换热器。
9.通过采用上述技术方案，能够实现胍基乙酸合成反应连续进行，各装置之间通过管道连通，plc控制伺服电机的转动数来控制输送的液体体积，并以螺杆泵来设定不同物料的不同输送速度，能够保证连续合成反应顺利进行，最后通过离心机获得产品，并将分离出的母液取一定量输送至前步骤，从而达到母液的循环，以减少一次水的投入。
10.可选的，所述一种胍基乙酸的生产系统，所述恒温反应装置至少有三台，且设置为并联或串联连接中的一种。
11.通过采用上述技术方案，能够使得甘氨酸、单氰胺与催化剂在合适的温度下，在连续进料、出料的过程中，提升反应效率，能够有效降低反应原料的损失及浪费，提高了产品的产率，并消除了对环境的不利影响，具有一定的经济价值。
12.可选的，所述一种胍基乙酸的生产系统，还包括除杂装置，所述除杂装置的两端分别通过管道与所述离心机、所述研磨装置连接。
13.可选的，所述的一种胍基乙酸的生产系统，所述除杂装置至少设置有两台，且为并联连接。
14.通过采用上述技术方案，能够将离心机中产生的冲洗水进行除杂，并将除杂后的冲洗水循环至前步骤使用，有利于节约水资源，降低生产成本，保证反应连续不间断的进行。
15.可选的，所述的一种胍基乙酸的生产系统，还包括plc控制装置；所述plc控制装置用于控制螺杆泵的伺服电机的转动数，以及控制各管道上阀门的开合。
16.通过采用上述技术方案，能够保证胍基乙酸合成反应连续进行，有利于提升反应效率。
17.第二方面，本技术提供了一种胍基乙酸的制备工艺。该工艺方法包括以下步骤：s1、将甘氨酸连续投料，并与母液、冲洗水不间断混合，混匀后形成悬浊液；s2、将步骤s1中的悬浊液与单氰胺、催化剂，以固定比例连续投料，送至连续反应器内混合反应；s3、反应后连续输出的反应液经恒温处理后，浓缩结晶，得到含有胍基乙酸晶体和母液的浓缩液；s4、将步骤s3中产生的母液和胍基乙酸晶体固液分离，母液循环至前步骤重复利用，胍基乙酸晶体纯化处理；s5、将步骤s4中纯化处理后的胍基乙酸晶体冲洗、干燥，得到最终成品胍基乙酸，并连续输出储存；多余冲洗水则循环至前步骤重复利用。
18.可选的，所述的一种胍基乙酸的制备工艺，所述甘氨酸经过预处理，所述预处理过程为，对甘氨酸进行粉碎处理，所述粉碎后的甘氨酸粒度不小于100目。
19.通过采用上述技术方案，粒度较小的甘氨酸与母液、冲洗水形成悬浊液状态，经分散装置分散后，能够使得甘氨酸颗粒均匀地分布在悬浊液内，增大了原料反应物的接触面
积，有利于提高悬浊液与单氰胺、催化剂间反应的速率，能够保证后续反应进行相对完全。
20.可选的，所述的一种胍基乙酸的制备工艺，所述催化剂选自钾或钠的氢氧化物或碳酸盐中的一种或多种组合。
21.可选的，所述的一种胍基乙酸的制备工艺，所述悬浊液、单氰氨、催化剂的固定配比为100:100:3。
22.可选的，所述的一种胍基乙酸的制备工艺，所述恒温处理的温度设置为85
±
5℃。
23.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1. 本技术采用上述胍基乙酸的生产系统，能够实现胍基乙酸合成反应连续进行，各装置之间通过管道连通，plc控制伺服电机的转动数来控制输送的液体体积，并以螺杆泵来设定不同物料的不同输送速度，能够保证连续合成反应顺利进行，最后通过离心机获得产品，并将分离出的母液取一定量输送至前步骤，从而达到母液的循环，以减少一次水的投入。
24.2. 本技术选用单氰胺作为生产原料，单氰胺不稳定，容易随反应蒸汽一起离开反应器，本技术设置有连续反应器，连续反应器中又设有冷凝装置以及换热器，能够保证在连续反应的过程中，装置内随反应所产生的热量能够及时导出，且本技术还设有三个恒温反应装置，能够使得甘氨酸、单氰胺与催化剂在合适的温度下，在连续进料、出料的过程中，提升反应效率，能够有效降低反应原料的损失及浪费，提高了产品的产率，并消除了对环境的不利影响，具有一定的经济价值。
25.3. 本技术对甘氨酸进行了粉碎处理，使得粉碎后的甘氨酸粒度不小于100目，粒度较小的甘氨酸与母液、冲洗水形成悬浊液状态，经分散装置分散后，能够使得甘氨酸颗粒均匀地分布在悬浊液内，增大了原料反应物的接触面积，有利于提高悬浊液与单氰胺、催化剂间反应的速率，能够保证后续反应进行相对完全。
26.4. 本技术将悬浊液、单氰胺、催化剂固定配比设为100:100:3，该种配比能够使得反应进行相对完全，产生的三废较少，产品纯度高、收率高，经济性和环保性也比较高，适合工业化大批量生产。
附图说明
27.图1是本技术实施例1的整体结构示意图；图2是本技术实施例3的整体结构示意图；图3是本技术连续反应器的整体结构示意图；图中，1、研磨装置；2、分散装置；3、连续反应器；4、恒温反应装置；5、奥斯陆结晶器；6、离心机；7、集料装置；8、螺杆泵；9、母液循环管；10、除杂装置；31、冷凝装置；32、换热器。
具体实施方式
28.以下结合附图1-附图3，及实施例对本技术作进一步详细说明。
29.本技术设计了一种胍基乙酸的生产系统，所述胍基乙酸生产系统包括依次连通的：研磨装置1、分散装置2、连续反应器3、恒温反应装置4、奥斯陆结晶器5以及离心机6，所述研磨装置1与所述离心机6连通，形成母液循环通道；所述胍基乙酸生产系统还包括集料
装置7，所述连续反应器3首端连通有两个含有螺杆泵8的管道，所述两个含有螺杆泵8的管道分别与所述分散装置2、所述集料装置7相连接，并进行连续不间断投料；所述连续反应器3中含有冷凝装置31和换热器32。
30.本技术还提供了一种胍基乙酸合成反应连续进行的工艺方法，包括以下步骤：s1、将甘氨酸连续投料，并与母液、冲洗水不间断混合，混匀后形成悬浊液；s2、将步骤s1中的悬浊液与单氰胺、催化剂，以固定比例连续投料，送至连续反应器3内混合反应；s3、反应后连续输出的反应液经恒温处理后，浓缩结晶，得到含有胍基乙酸晶体和母液的浓缩液；s4、将步骤s3中产生的母液和胍基乙酸晶体固液分离，母液循环至前步骤重复利用，胍基乙酸晶体纯化处理；s5、将步骤s4中纯化处理后的胍基乙酸晶体冲洗、干燥，得到最终成品胍基乙酸，并连续输出储存；多余冲洗水则循环至前步骤重复利用。
31.本技术之前，现有的胍基乙酸的制备方法主要有硫脲—甘氨酸法、甘氨酸—单氰胺法和盐酸胍—氯乙酸法三种途径。早期主要采用硫脲甘氨酸路线，采用溴乙烷加成，使活性位偏移，再与甘氨酸反应，制得胍基乙酸，该制备工艺后处理中因含有硫醇等有机混合物，后处理较为复杂，且所制得的胍基乙酸产品主要用于农药等的制备。公布号为cn113651726a中记载到胍基乙酸的制备方法，包括以下步骤：1)将反应用的碱分成两部分，第一部分的碱在反应开始前加入；甘氨酸与水混合后，调整合适的ph值；2)第二部分的碱与单氰胺分别同步缓慢加入反应体系中； 3)单氰胺和碱加完后调节ph值；4)离心分离、干燥即得胍基乙酸产品。刊名为《乙醛醋酸化工》2018年第11期中“胍基乙酸的制备与应用前景”中记载到胍基乙酸的盐酸胍—氯乙酸法，包括以下步骤：先将盐酸胍水溶液与氢氧化钠水溶液按一定体积流量比分别同时泵入微结构混合器中，混合均匀后，经反应得到游离胍反应液；再将游离胍反应液与氯乙酸水溶液按一定体积流量比分别同时泵入另一微结构混合器中，混合均匀后，经反应得到胍基乙酸反应液；反应结束后，将胍基乙酸反应液降温、结晶、过滤、收集滤渣、干燥得到胍基乙酸。
32.本技术的发明人在实践中发现，对于硫脲—甘氨酸法制备胍基乙酸，该制备工艺后处理中因含有硫醇等有机混合物，后处理较为复杂，且所制得的胍基乙酸产品主要用于农药等的制备；对于甘氨酸—单氰胺法制备胍基乙酸，单氰胺由于不耐储存，在甘氨酸-单氰胺法合成中，单氰胺一般是现用现合成，且单氰胺易随蒸汽带出，对空气造成污染；对于盐酸胍—氯乙酸法制备胍基乙酸，该工艺采用分批加料的方法，且反应必须要在较底的温度下进行。通过以上三种方法，可以发现，目前，胍基乙酸的合成反应过程生产周期较长，生产效率也较低，且工艺较为复杂，又无法满足胍基乙酸的生产需要，上述技术问题在本技术之前并未见现有技术的报道。
33.本技术的发明人针对上述新的技术问题，设计了本技术的技术方案，通过设计特殊的生产系统，和对应的工艺方法，提供了一种胍基乙酸的生产系统和一种胍基乙酸合成反应连续进行的工艺方法，能够缩短胍基乙酸的生产周期，并提高胍基乙酸的生产效率，有效解决了上述技术问题。
34.本技术的设计充分考虑了胍基乙酸合成反应连续进行这一要点，同时兼顾了生产
效率。本技术在设计时，首先设计了特殊的生产系统，设计的胍基乙酸生产系统，能够实现胍基乙酸合成反应连续进行的过程，各装置之间通过管道连通，plc控制伺服电机的转动数来控制输送的液体体积，并以螺杆泵8来设定不同物料的不同输送速度，能够保证连续合成反应顺利进行，最后通过离心机6获得产品，并将分离出的母液取一定量输送至前步骤，从而达到母液的循环，以减少一次水的投入。本技术选用单氰胺作为生产原料，单氰胺不稳定，容易随反应蒸汽一起离开反应器，本技术设置有连续反应器3，连续反应器3中又设有冷凝装置31以及换热器32，能够保证在连续反应的过程中，装置内随反应所产生的热量能够及时导出，且本技术还设有三个恒温反应装置4，能够使得甘氨酸、单氰胺与催化剂在合适的温度下，在连续进料、出料的过程中，提升反应效率，能够有效降低反应原料的损失及浪费，提高了产品的产率，并消除了对环境的不利影响，具有一定的经济价值。
35.其次，本技术为了提升生产效率，在原料的预处理过程中，对甘氨酸进行了粉碎处理，使得粉碎后的甘氨酸粒度不小于100目，粒度较小的甘氨酸与母液、冲洗水形成悬浊液状态，经分散装置2分散后，能够使得甘氨酸颗粒均匀地分布在悬浊液内，增大了原料反应物的接触面积，有利于提高悬浊液与单氰胺、催化剂间反应的速率，能够保证后续反应进行相对完全。
36.最后，本技术在设计上述工艺方法时，充分考虑了经济性和环保性能，因此选择了将悬浊液、单氰胺、催化剂固定配比设为100:100:3，该种配比能够使得反应进行相对完全，产生的三废较少，产品纯度高、收率高，经济性和环保性也比较高，适合工业化大批量生产。
37.在上述技术方案中，可选的，所述的一种胍基乙酸的生产系统，所述连续反应器3中含有冷凝装置31和换热器32，该种设计能够使得反应在一个合适的温度下进行，单氰胺也不会因为反应放出的高热量，随蒸汽导出，能够减小对空气的污染，具有很高的经济效益。
38.具体实施例实施例1一种胍基乙酸的生产系统，参照图1，包括依次连通的：研磨装置1、分散装置2、连续反应器3、恒温反应装置4、奥斯陆结晶器5以及离心机6，所述研磨装置1与所述离心机6连通，形成母液循环通道，所述恒温反应装置4至少有三台，且为串联连接；所述胍基乙酸生产系统还包括集料装置7，所述连续反应器首端连通有两个含有螺杆泵8的管道，所述两个含有螺杆泵8的管道分别与所述分散装置2、所述集料装置7相连接，并同时进行连续不间断投料。
39.本实施例中的管道上可以设置螺杆泵8来控制管道内物料的定速输送，在无需对物料进行定速输送的管道上可以不设置螺杆泵8。
40.所述研磨装置1通过含有螺杆泵8的管道，与分散装置2连通；所述分散装置2与连续反应器3通过含有螺杆泵8的管道连通；参照图3，所述连续反应器3还包括冷凝装置31与换热器32，所述连续反应器3与集料装置7通过含有螺杆泵8的管道连通；所述连续反应器3与恒温反应装置4通过螺杆泵8连通；所述恒温反应装置4与奥斯陆结晶器5通过含有螺杆泵8的管道连通；所述奥斯陆结晶器5与离心机6通过管道连接；所述研磨装置1、离心机6、奥斯陆结晶器5之间通过母液循环管9连通，使离心机6中的母液通过母液循环管9循环至研磨装置1和奥斯陆结晶器5内。
41.由plc自动控制装置控制伺服电机的转动数来控制液体输送体积，再由伺服电机控制螺杆泵8来控制不同物料的输送速率；由plc自动控制装置控制各管道上阀门的开合来控制液体输送。
42.本实施例的工作原理为：向研磨装置1中投入生产原料甘氨酸，进行研磨，并加入去离子水，形成悬浊液，再通过含有螺杆泵8的管道将悬浊液以定速的方式输送至分散装置2中；使得粉碎后的甘氨酸能够均匀分布在悬浊液中，再通过含有螺杆泵8的管道将悬浊液以定速的方式输送至连续反应器3内；同时，将集料装置7中准备好的生产原料单氰胺以及催化剂，通过含有螺杆泵8的管道以定速的方式输送至连续反应器3内，甘氨酸、单氰胺，在催化剂的作用下反应生成胍基乙酸，并放出热量；连续反应器3中冷凝装置31、换热器32处于工作状态，使得连续反应器3中反应放出的热量及时导出。
43.将连续反应器3中的反应液通过含有螺杆泵8的管道以定速的方式输送至恒温反应装置4中，并在恒温的条件下，依次在3台恒温反应装置中进行再反应，直至达到反应平衡状态；再通过含有螺杆泵8的管道将反应液以定速的方式输送至奥斯陆结晶器5，冷却结晶，得到含有胍基乙酸晶体的浓缩液，最后通过含有螺杆泵8的管道将浓缩液以定速的方式输送至离心机6中，通过离心的方式使胍基乙酸晶体与液体分离；离心机6中产出的胍基乙酸晶体经冲洗、干燥后输送至产品仓；离心机6中产出的部分母液经母液循环管9循环至研磨装置1与甘氨酸混合形成悬浊液，替代部分去离子水进行连续合成反应；并且部分母液经母液循环管9循环至奥斯陆结晶器5中进行再结晶，提高胍基乙酸的生产产率；多余母液外排。
44.实施例2一种胍基乙酸的生产系统，与实施例1的区别在于，所述恒温反应装置4至少有3台，且为并联连接。
45.由plc自动控制装置控制伺服电机的转动数来控制液体输送体积，再由伺服电机控制螺杆泵8来控制不同物料的输送速率；由plc自动控制装置控制各管道上阀门的开合来控制液体输送。
46.本实施例的工作原理为：向研磨装置1中投入生产原料甘氨酸，进行研磨，并加入去离子水，形成悬浊液，再通过含有螺杆泵8的管道将悬浊液以定速的方式输送至分散装置2中；使得粉碎后的甘氨酸能够均匀分布在悬浊液中，再通过含有螺杆泵8的管道将悬浊液以定速的方式输送至连续反应器3内；同时，将集料装置7中准备好的生产原料单氰胺以及催化剂，通过含有螺杆泵8的管道以定速的方式输送至连续反应器3内，甘氨酸、单氰胺，在催化剂的作用下反应生成胍基乙酸，并放出热量；连续反应器3中冷凝装置31、换热器32处于工作状态，使得连续反应器3中反应放出的热量及时导出。
47.将连续反应器3中的反应液通过含有螺杆泵8的管道以定速的方式输送至恒温反应装置4中，并在恒温的条件下，通过plc自动控制系统将连续反应器3中的反应液分别输送至3台恒温反应装置4中，进行再反应，直至达到反应平衡状态；再通过含有螺杆泵8的管道将反应液以定速的方式输送至奥斯陆结晶器5，冷却结晶，得到含有胍基乙酸晶体的浓缩液，最后通过含有螺杆泵8的管道将浓缩液以定速的方式输送至离心机6中，通过离心的方
式使胍基乙酸晶体与液体分离；离心机6中产出的胍基乙酸晶体经冲洗、干燥后输送至产品仓；离心机6中产出的部分母液经母液循环管9循环至研磨装置1与甘氨酸混合形成悬浊液，替代部分去离子水进行连续合成反应；并且部分母液经母液循环管9循环至奥斯陆结晶器5中进行再结晶，提高胍基乙酸的生产产率；多余母液外排。
48.实施例3一种胍基乙酸的生产系统，参照图2，与实施例1的区别在于，还包括除杂装置10，所述除杂装置10设置在离心机6与研磨装置1之间，并通过管道连通。
49.所述除杂装置10设置有多台，且并联设置。
50.由plc自动控制装置控制伺服电机的转动数来控制液体输送体积，再由伺服电机控制螺杆泵8来控制不同物料的输送速率；由plc自动控制装置控制各管道上阀门的开合来控制液体输送。
51.本实施例的工作原理为：在实施例1工作原理的基础上，将离心机6中冲洗胍基乙酸晶体后产生的冲洗水通入至除杂装置10内，进行除杂，将除杂后的冲洗水通过管道输送至研磨装置1内，替代部分去离子水。
52.实施例4一种胍基乙酸的生产系统，与实施例2的区别在于，还包括除杂装置10，所述除杂装置10设置在离心机6与研磨装置1之间，并通过管道连通。
53.所述除杂装置10设置有多台，且并联设置。
54.由plc自动控制装置控制伺服电机的转动数来控制液体输送体积，再由伺服电机控制螺杆泵8来控制不同物料的输送速率；由plc自动控制装置控制各管道上阀门的开合来控制液体输送。
55.本实施例的工作原理为：在实施例2工作原理的基础上，将离心机6中冲洗胍基乙酸晶体后产生的冲洗水通入至除杂装置10内，进行除杂，将除杂后的冲洗水通过管道输送至研磨装置1内，替代部分去离子水。
56.实施例5一种胍基乙酸合成反应连续进行的工艺方法，包括以下步骤：s1、将甘氨酸连续投料，并与母液、冲洗水不间断混合，混匀后形成悬浊液；s2、将步骤s1中的悬浊液与单氰胺、催化剂，以固定比例连续投料，送至连续反应器3内混合反应，其中催化剂选自选自钾或钠的氢氧化物或碳酸盐中的一种或多种组合；s3、反应后连续输出的反应液经恒温反应装置4处理后，通过奥斯陆结晶器5进行浓缩结晶，得到含有胍基乙酸晶体和母液的浓缩液，其中恒温反应装置4的温度设置为85
±
5℃；s4、将步骤s3中产生的母液和胍基乙酸晶体再离心机6中进行固液分离，母液循环至前步骤重复利用，胍基乙酸晶体纯化处理；s5、将步骤s4中，纯化处理后的胍基乙酸晶体经过带有冲洗装置的离心机6冲洗，最后干燥得到最终成品胍基乙酸，并连续输出储存；多余冲洗水则循环至前步骤重复利用。
57.所述s1中的甘氨酸需要经过预处理，预处理过程为，对甘氨酸进行粉碎处理，粉碎后的甘氨酸粒度不小于100目。
58.所述s2中悬浊液、单氰氨、催化剂的固定配比为100:100:3。
59.本具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。