ES2837130B2 - Método y dispositivo para preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico y productos intermedios del mismo - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Método y dispositivo para preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico y productos intermedios del mismo
CAMPO TÉCNICO
La presente exposición hace referencia a un método y un dispositivo para preparar productos químicos y, en concreto, se refiere a un método y un dispositivo para preparar ácido 2- hidroxi-4-metiltiobutírico y productos intermedios del mismo.
ANTECEDENTES
El ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, también denominado metionina líquida o metionina hidroxi análoga, se utiliza como aditivo para alimentación animal y también puede utilizarse como suplemento nutricional de metionina para estimular el crecimiento y desarrollo de los animales. De acuerdo con la literatura, la metionina líquida presenta una potencia biológica que no es muy diferente de la de la metionina y el proceso sintético es relativamente sencillo, por lo que tiene buenas perspectivas de mercado.
Actualmente, el método para producir ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico en el ámbito industrial principalmente adopta la acroleína (denominada simplemente ACR) como materia prima. La acroleína, en primer lugar, se hace reaccionar con metilmercaptano bajo la acción del catalizador para preparar y obtener 3-metiltiopropionaldehído (denominado simplemente MMP) y, a continuación, se utiliza ácido cianhídrico gaseoso o líquido y 3- metiltiopropionaldehído para preparar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo (denominado simplemente cianhidrina) bajo la acción del catalizador, y se hidroliza 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en presencia de ácido sulfúrico para obtener ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, es decir, metionina líquida.
Los materiales que intervienen en el proceso de reacción mencionado anteriormente son, bien malolientes (por ejemplo, CH3SH) o muy tóxicos (por ejemplo, HCN y CH2=CHCHO). Por consiguiente, existen requisitos bastante estrictos para la seguridad de funcionamiento durante el proceso de producción. Si el proceso de preparación no se monitoriza a tiempo, pueden provocarse riesgos de seguridad considerables. Asimismo, la adición excesiva de las materias primas mencionadas anteriormente (es decir, la acroleína y el ácido cianhídrico) pueden provocar algunas reacciones secundarias no deseables. Por ejemplo, un exceso de acroleína y de MMP puede hacer que se formen polímeros, que dan lugar a la formación de un residuo de alto punto de ebullición; mientras que un exceso de HCN (como se describe en CN1277816C, US4960932 y US4912257) no solamente reduce la seguridad de funcionamiento, sino que también genera ácido fórmico durante el proceso de reacción de hidrólisis, se forma formiato de amonio tras la neutralización, por lo que se reduce la calidad del sulfato de amonio recuperado en el periodo posterior.
En la patente publicada como CN101812004A, Degussa propone un método para la preparación de 3-metiltiopropionaldehído y de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La reacción se lleva a cabo continuamente en un lecho de reacción fijo. Con el fin de mantener una tasa de conversión favorable y una degradación baja de los reactivos, se ha de mantener una cantidad ligeramente excesiva de metilmercaptano en la mezcla de reacción y el rango de exceso se controla entre 0,05 % y 0,2 %. Si se utiliza MMP crudo para la siguiente reacción, la reacción también se lleva a cabo en una cantidad excesiva de ácido cianhídrico, se controla el rango de exceso entre un 0,05 % y 1 %, se controla la cantidad de alimentación de ácido cianhídrico mediante la utilización de un dispositivo dosificador de ácido cianhídrico durante el proceso de reacción, y la pureza de la cianhidrina finalmente obtenida es de aproximadamente un 92 %. En la presente patente, se menciona que la acroleína y el metilmercaptano se hacen reaccionar en cantidades sustancialmente equivalentes en términos de cantidad estequiométrica; no obstante, no se describe el método de control para alcanzar el objetivo. El ácido cianhídrico se dosifica mediante la utilización de un dispositivo dosificador; debido a la existencia de la reacción secundaria (es decir, la polimerización del ácido cianhídrico), con la dosificación por sí sola es, de hecho, no es posible garantizar que la
relación estequiométrica de las materias primas en el sistema cumpla con el requisito diseñado. Como podría observarse a partir de los ejemplos, la cianhidrina obtenida con este método presenta una pureza baja y puede no utilizarse directamente para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
En la patente publicada como CN1510030A, Novus propone un método para la preparación de 3-metiltiopropionaldehído y de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, donde se añade metilmercaptano en un medio de reacción líquido en una cantidad que es, al menos, sustancialmente equivalente a la cantidad estequiométrica de acroleína desde el punto de vista de la molaridad. Puede emplearse una cantidad ligeramente excesiva de metilmercaptano y la relación molar de metilmercaptano y acroleína es de aproximadamente 1 a 1,02. El 3-metiltiopropionaldehído obtenido mediante la reacción puede hacerse reaccionar directamente con ácido cianhídrico y utilizarse para la preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo sin tener que eliminar las impurezas de alto punto de ebullición o las impurezas de bajo punto de ebullición con antelación. El ácido cianhídrico es ligeramente excesivo en un 2 % con respecto al 3-metiltiopropionaldehído. El 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo preparado se utiliza directamente para la preparación de metionina líquida. El ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico obtenido por medio de destilación al vapor extractiva es una solución acuosa del 85 % al 90 %. La totalidad de los productos intermedios de la presente patente se utiliza directamente. Entre ellos, sin embargo, el contenido de 3-metiltiopropionaldehído es de un 89,9 % y existen impurezas, tales como la acroleína y el metilmercaptano. No obstante, en cuanto a la reacción de cianación, los ejemplos muestran que se utiliza el 3-metiltiopropionaldehído destilado y se obtiene un resultante que contiene un 98,2 % de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y un 0,03 % de 3- metiltiopropionaldehído. Se puede constatar que, si el 3-metiltiopropionaldehído y el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo se utilizan directamente en la siguiente reacción sin someterse a ningún tratamiento, se obtiene ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico con baja pureza.
En la patente publicada como CN101735124A, se propone que, cuando el metiltiopropionaldehído contenga impurezas tales como mercaptano, estas impurezas o
derivados pueden corroer los recipientes y los tubos de reacción durante el proceso de hidrólisis; por consiguiente, se necesita controlar la cantidad de metilmercaptano. En la presente memoria, se emplea la destilación para purificar el 3-metiltiopropionaldehído. Si el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo no cumple con los requisitos de la reacción, dicha sustancia, además, ha de someterse a tratamiento posterior o purificarse mediante destilación antes de introducirse en la siguiente etapa.
En la patente publicada como US2745745, Monsanto expone un método para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde se obtiene cianhidrina mediante la reacción de MMP y HCN en un medio que contiene piridina o amina, el HCN también se encuentra en una cantidad excesiva durante el proceso de reacción, y el exceso de HCN ha de eliminarse después de haberse completado la reacción. En la presente patente, se selecciona un método para la realización de destilación bajo cierta presión para eliminar el exceso de HCN.
En la patente publicada como CN1148041, se expone un método para la preparación de cianhidrina mediante la reacción de ácido cianhídrico gaseoso con MMP. En este método, se emplea una columna de absorción reactiva con placas, es decir, se introduce un flujo de gas que contiene ácido cianhídrico por el fondo de la columna de absorción reactiva con placas, mientras que se introduce una solución de MMP acuosa que contiene una solución tampón por la parte superior de la columna. Para aumentar la velocidad de reacción, también se añade una cantidad excesiva de HCN en MMP. Para recuperar el HCN y el MMP sin reaccionar restantes contenidos en el gas residual de la columna de absorción reactiva, se instala una columna de lavado adicional en la parte superior de la columna de absorción reactiva, se utiliza agua para lavar dicho HCN y MMP sin reaccionar, se introduce el agua para lavar en el producto, lo que da lugar a que el contenido de agua en el producto alcance aproximadamente un 48 %. En consecuencia, el producto de reacción ha de someterse, además, a operaciones de tratamiento posterior, tal como destilación; de lo contrario, podría no utilizarse en la siguiente reacción de hidrólisis. En cuanto a la producción a gran escala de metionina, el método de destilación mencionado anteriormente consume mucha energía y no
es deseable. Asimismo, la reacción de la preparación de cianhidrina mediante la utilización de ácido cianhídrico y metiltiopropionaldehído es una reacción exotérmica reversible y puede producirse la descomposición durante el proceso de destilación, de tal manera que se reduce el rendimiento del producto final.
En la patente publicada como US4225516, la preparación de MMP se lleva a cabo en un reactor de tanque agitado dotado de un sistema de refrigeración de circulación externo. Si la reacción no se ha completado en el tiempo de permanencia prescrito, la mezcla es, a continuación, suministrada al segundo reactor (por ejemplo, un reactor de flujo de pistón) para que se produzca una reacción completa. Puede observarse que la prolongación del tiempo de permanencia de la reacción de MMP puede aumentar también las tasas de conversión de acroleína y de metilmercaptano, y reducir el remanente de acroleína y de metilmercaptano.
En la patente publicada como CN103347854, Degussa expone un método para preparar cianhidrina. En este método, se hace reaccionar 3-metiltiopropionaldehído con ácido cianhídrico en presencia de un catalizador alcalino en la zona de reacción principal para formar cianhidrina y se utiliza HCN en una cantidad de 1,05 mol con respecto a 1 mol de 3-metiltiopropionaldehído. La zona de reacción principal es un reactor agitado o un reactor de bucle. El ácido cianhídrico gaseoso residual que abandona la zona de reacción principal después de haberse completado la reacción es absorbido y, a continuación, se hace reaccionar además con los materiales en la zona posterior a la reacción . El material de MMP suele contener una pequeña cantidad de metilmercaptano; se hace reaccionar el exceso de metilmercaptano con acroleína en la zona posterior a la reacción para formar MMP, seguido de una reacción con HCN para formar cianhidrina al mismo tiempo. Por último, se obtiene un producto de cianhidrina con un contenido de entre un 86 % y un 97 % y el contenido de cianhidrina fluctúa mucho.
En resumen, las materias primas y los productos intermedios que intervienen en el proceso de preparación de metionina líquida son malolientes o muy tóxicos, lo que dificulta el
muestreo y análisis directos. Sin embargo, si se espera mejorar el rendimiento de cada etapa durante el proceso de preparación, las proporciones de las materias primas en cada etapa han de ajustarse de manera precisa, pero en la técnica anterior no se ha proporcionado ninguna solución.
SUMARIO
Problemas que ha de solucionar la exposición
Con respecto a los problemas mencionados anteriormente, la presente exposición da a conocer un método para la preparación continua de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde se utiliza acroleína como material de partida y, en primer lugar, se hace reaccionar con metilmercaptano para la obtención de 3-metiltiopropionaldehído; se hace reaccionar el 3-metiltiopropionaldehído con ácido cianhídrico para la obtención de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo se hidrata mediante la utilización de ácido sulfúrico y, a continuación, se hidroliza para la obtención de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico. En la presente exposición, el estado de reacción de los materiales se detecta mediante la configuración de dispositivos de detección en línea en cada paso de la reacción, y las proporciones de los materiales se controlan de acuerdo con los resultados de detección con el fin de poder llevar a cabo una reacción completa.
Medios para solucionar los problemas
El primer aspecto de la presente exposición consiste en proporcionar un método para la preparación de 3-metiltiopropionaldehído como producto intermedio de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el método comprende: hacer reaccionar acroleína con una cantidad excesiva de metilmercaptano en presencia de un catalizador para obtener una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído; llevar a cabo una detección en línea de un contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de
3-metiltiopropionaldehído, y determinar una cantidad suplementaria de acroleína de acuerdo con los resultados de detección; y mezclar y hacer reaccionar la acroleína suplementada con la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído para poder llevar a cabo una reacción completa del hemiacetal contenido en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, con el fin de preparar y obtener 3-metiltiopropionaldehído.
Asimismo, la relación molar de alimentación de acroleína y metilmercaptano es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente de 0,97:1 a 0,98:1.
Asimismo, el catalizador se selecciona entre bases orgánicas, bases inorgánicas o sales formadas por aminas terciarias y ácidos, y es preferiblemente una sal formada por una amina terciaria y ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico; la amina terciaria es una o varias de entre trietilamina, tri-n-propilamina, tri-n-butilamina, triisopropilamina y N,N-dimetilbencilamina; y la relación molar de la amina terciaria y el ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es de 1,05:1 a 2,0:1, preferiblemente, 1,1:1 a 1,5:1.
Asimismo, la cantidad de adición del catalizador es de entre 0,05 % y 0,5 % y, preferiblemente, entre 0,1 % y 0,3 % de la masa total de la acroleína y el metilmercaptano añadidos.
Además, la reacción entre la acroleína y la cantidad excesiva de metilmercaptano y la reacción entre la acroleína suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído presentan una temperatura de reacción de entre 20 y 60 °C, preferiblemente, entre 20 y 40 °C.
Asimismo, el método para la preparación de 3-metiltiopropionaldehído como producto intermedio de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico también comprende una etapa de llevar a cabo una detección en línea de la cantidad residual de hemiacetal en el 3-metiltiopropionaldehído obtenido y de ajustar la cantidad suplementaria de acroleína de
acuerdo con los resultados de detección.
Asimismo, se emplea un método de detección espectroscópico Raman en la detección en línea.
Asimismo, la reacción entre la acroleína y la cantidad excesiva de metilmercaptano se lleva a cabo en un primer reactor R1 y la reacción entre la acroleína suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído se lleva a cabo en un segundo reactor R2.
Asimismo, el primer reactor R1 es un reactor de recirculación y el segundo reactor R2 es un reactor de flujo de pistón.
Asimismo, el primer reactor R1 es un reactor de torre o un reactor agitado de múltiples pasos, preferiblemente, un reactor de torre con placa(s) deflectora(s) dispuestas en el interior.
Asimismo, se proporciona un detector de espectroscopia Raman en línea D1 en una salida del primer reactor para la detección en línea del contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído.
Asimismo, se proporciona un detector de espectroscopia Raman en línea D2 en una salida del segundo reactor para la detección en línea del contenido de hemiacetal en 3-metiltiopropionaldehído.
Asimismo, una parte de la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído se introduce en el segundo reactor R2, y la parte restante se utiliza como materiales circulantes del primer reactor R1 y la relación de la cantidad de materiales que se introducen en el segundo reactor R2 con respecto a la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del primer reactor R1 es de 1:10 a 1:50, preferiblemente, de 1:15 a 1:30.
Asimismo, el 3-metiltiopropionaldehído obtenido mediante la preparación se utiliza para la preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
Asimismo, el 3-metiltiopropionaldehído obtenido mediante la preparación se utiliza para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
El segundo aspecto de la presente exposición consiste en proporcionar un método para la preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo como producto intermedio de ácido 2- hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el método comprende: hacer reaccionar 3- metiltiopropionaldehído con una cantidad excesiva de ácido cianhídrico para obtener una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo; llevar a cabo una detección del contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y determinar la cantidad suplementaria de 3- metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección; y mezclar y hacer reaccionar la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo con el 3-metiltiopropionaldehído suplementado para poder llevar a cabo una reacción completa del ácido cianhídrico contenido en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, con el fin de preparar y obtener 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
Asimismo, la relación molar de alimentación de 3-metiltiopropionaldehído y ácido cianhídrico es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente de 0,97:1 a 0,98:1.
Además, la reacción entre 3-metiltiopropionaldehído y la cantidad excesiva de ácido cianhídrico y la reacción entre el 3-metiltiopropionaldehído suplementado y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo presentan una temperatura de reacción de entre 20 y 80 °C, preferiblemente, entre 25 y 45 °C.
Asimismo, el método para la preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo como producto intermedio de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico comprende también una etapa de llevar a
cabo una detección en línea de la cantidad residual de ácido cianhídrico en el 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenido y de ajustar la cantidad suplementaria de 3- metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección.
Asimismo, se emplea un método de detección espectroscópico Raman en línea en la detección en línea.
Asimismo, la reacción entre 3-metiltiopropionaldehído y la cantidad excesiva de ácido cianhídrico se lleva a cabo en un tercer reactor R3 y la reacción entre el 3-metiltiopropionaldehído suplementado y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo se lleva a cabo en un cuarto reactor R4.
Asimismo, el tercer reactor R3 es un reactor de recirculación y el cuarto reactor R4 es un reactor de flujo de pistón.
Asimismo, el tercer reactor R3 es un reactor de torre o un reactor agitado de múltiples pasos, preferiblemente, un reactor de torre con placa(s) deflectora(s) dispuestas en el interior.
Asimismo, se proporciona un detector de espectroscopia Raman en línea D3 en una salida del tercer reactor para la detección en línea del contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
Asimismo, se proporciona un detector de espectroscopia Raman en línea D4 en una salida del cuarto reactor R4 para la detección en línea del contenido de ácido cianhídrico en 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
Asimismo, una parte de la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en el tercer reactor R3 se introduce en el cuarto reactor R4, y la parte restante se utiliza como materiales circulantes del tercer reactor R3 y la relación de la cantidad de materiales que se
introducen en el cuarto reactor R4 con respecto a la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del tercer reactor R3 es de 1:5 a 1:30, preferiblemente, de 1:10 a 1:20.
Asimismo, dicho 3-metiltiopropionaldehído se prepara y se obtiene mediante la utilización del método proporcionado por el primer aspecto de la presente exposición.
Asimismo, el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenido mediante la preparación se utiliza para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
El tercer aspecto de la presente exposición consiste en proporcionar un método para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el método comprende:
etapa (1): una etapa de hacer reaccionar acroleína con metilmercaptano para preparar 3-metiltiopropionaldehído;
etapa (2): una etapa de hacer reaccionar 3-metiltiopropionaldehído con ácido cianhídrico para preparar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y
etapa (3): una etapa de hidratar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo mediante la utilización de ácido sulfúrico y, a continuación, hidrolizar para preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
donde en las etapas (1), (2) y (3), el estado de reacción de los materiales se detecta en línea y las proporciones de los materiales se controlan de acuerdo con los resultados de detección con el fin de poder llevar a cabo una reacción completa.
Asimismo, dicha etapa (1) comprende:
hacer reaccionar acroleína con una cantidad excesiva de metilmercaptano en presencia de un catalizador en un primer reactor R1 para formar una solución de reacción previa de
3-metiltiopropionaldehído; llevar a cabo una detección en línea del contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído y determinar la cantidad suplementaria de acroleína de acuerdo con los resultados de detección; mezclar la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído con la acroleína suplementada y, a continuación, dejar que la mezcla se introduzca en un segundo reactor R2 para poder llevar a cabo una reacción completa de hemiacetal contenido en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, con el fin de preparar y obtener una solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído.
Asimismo, el primer reactor R1 es un reactor de recirculación seleccionado entre un reactor de torre o un reactor agitado de múltiples pasos y es, preferiblemente, un reactor de torre con placa(s) deflectora(s) dispuestas en el interior.
Asimismo, la relación molar de alimentación de acroleína y metilmercaptano es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente de 0,97:1 a 0,98:1.
Asimismo, una parte de la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído se introduce en el segundo reactor R2, y la parte restante se utiliza como materiales circulantes del primer reactor R1 y la relación de la cantidad de materiales que se introducen en el segundo reactor R2 con respecto a la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del primer reactor R1 es de 1:10 a 1:50, preferiblemente, de 1:15 a 1:30.
Asimismo, dicha etapa (1) comprende además una etapa de llevar a cabo una detección en línea de la cantidad residual de hemiacetal en 3-metiltiopropionaldehído y de ajustar la cantidad suplementaria de acroleína de acuerdo con los resultados de detección.
Además, la reacción entre la acroleína y la cantidad excesiva de metilmercaptano y la reacción entre la acroleína suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído presentan una temperatura de reacción de entre 20 y 40 °C.
Asimismo, el catalizador se selecciona entre bases orgánicas, bases inorgánicas o sales formadas por aminas terciarias y ácidos; y la cantidad del catalizador es de entre 0,05 % y 0,5 % y, preferiblemente, entre 0,1 % y 0,3 % de la masa total de acroleína y metilmercaptano.
Asimismo, el catalizador es una sal formada por una amina terciaria y ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde la relación molar de la amina terciaria con respecto al ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es de 1,05:1 a 2,0:1, preferiblemente, 1,1:1 a 1,5:1, y la amina terciaria es al menos una seleccionada entre trietilamina, tri-n-propilamina, tri-n-butilamina, triisopropilamina y N,N-dimetilbencilamina.
Asimismo, la relación molar de alimentación de acroleína y metilmercaptano en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído es de 0,95:1 a 0,99:1; preferiblemente, de 0,97:1 a 0,98:1.
Asimismo, dicha etapa (2) comprende:
hacer reaccionar 3-metiltiopropionaldehído con una cantidad excesiva de ácido cianhídrico en un tercer reactor R3 para formar una solución de reacción previa de 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo; llevar a cabo una detección en línea del contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y determinar la cantidad suplementaria de 3-metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección; y mezclar la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo con el 3- metiltiopropionaldehído suplementado y, a continuación, dejar que la mezcla se introduzca en un cuarto reactor R4 para poder llevar a cabo una reacción completa de ácido cianhídrico contenido en 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, con el fin de preparar y obtener 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
Asimismo, el tercer reactor R3 se selecciona entre un reactor de torre o un reactor agitado de múltiples pasos y es, preferiblemente, un reactor de torre con placa(s) deflectora(s) dispuestas en el interior.
Asimismo, una parte de la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en el tercer reactor R3 se introduce en el cuarto reactor R4, y la parte restante se utiliza como materiales circulantes del tercer reactor R3 y la relación de la cantidad de materiales que se introducen en el cuarto reactor R4 con respecto a la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del tercer reactor R3 es de 1:5 a 1:30, preferiblemente, de 1:10 a 1:20.
Asimismo, la relación molar de alimentación de 3-metiltiopropionaldehído y ácido cianhídrico es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente de 0,97:1 a 0,98:1.
Además, la reacción entre 3-metiltiopropionaldehído y la cantidad excesiva de ácido cianhídrico y la reacción entre el 3-metiltiopropionaldehído suplementado y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo presentan una temperatura de reacción de entre 25 y 45 °C.
Asimismo, dicha etapa (2) comprende además una etapa de llevar a cabo una detección en línea de la cantidad residual de ácido cianhídrico en 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y de ajustar la cantidad suplementaria de 3-metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección.
Asimismo, dicha etapa (3) comprende:
someter 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo a reacción de hidratación en presencia de ácido sulfúrico en un reactor de hidratación R5 para formar 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida, donde la cantidad residual de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en la solución de reacción se detecta en línea y la cantidad de ácido sulfúrico que se ha de utilizar se ajusta de acuerdo con los
resultados de detección, con el fin de poder llevar a cabo una reacción de hidratación completa; y
mezclar 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida con agua y, a continuación, dejar que la mezcla se introduzca en un reactor de hidrólisis R6, con el fin de preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico mediante la reacción de hidrólisis.
Asimismo, el reactor de hidratación R5 y/o el reactor de hidrólisis R6 es un reactor agitado de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 3 a 20 y, preferiblemente, de 5 a 15 .
Asimismo, dicha etapa (3) comprende además la siguiente etapa: ajustar el valor de pH del ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico entre 1 y 2, con el fin de obtener una solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico; dejar que la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se introduzca en una torre de extracción para su extracción; y dejar que un líquido de extracción que contiene ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se introduzca en una torre de destilación por arrastre de vapor, con el fin de obtener ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico desde el fondo de la torre de destilación por arrastre de vapor.
Asimismo, el disolvente de extracción de la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es uno que se selecciona entre metilisobutilcetona, butanona, pentanona, hexanona y éter metílico de tert-butilo; y la relación de masa del disolvente de extracción y la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es de 0,3:1 a 3:1, preferiblemente, de 0,5:1 a 2:1.
Asimismo, la torre de extracción es una torre de extracción agitada de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 10 a 30 y, preferiblemente, de 15 a 25.
Asimismo, la torre de destilación por arrastre de vapor es una torre de placas con un número
de placas de 10 a 40 y, preferiblemente, 15 a 30.
Asimismo, se emplea una detección espectroscópica Raman en línea en la detección en línea.
El cuarto aspecto de la presente exposición consiste en proporcionar un dispositivo de producción continua para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el dispositivo de producción continua comprende:
un dispositivo de producción de 3-metiltiopropionaldehído, un dispositivo de producción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y un dispositivo de producción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico conectados secuencialmente;
el dispositivo de producción de 3-metiltiopropionaldehído comprende un primer reactor R1 para la formación de solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído y un segundo reactor R2 para la preparación y la obtención de 3-metiltiopropionaldehído, donde las salidas del primer reactor R1 y el segundo reactor R2 están dotadas, respectivamente, de un dispositivo de detección para la detección del contenido de hemiacetal;
el dispositivo de producción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo comprende un tercer reactor R3 para la formación de solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y un cuarto reactor R4 para la preparación y la obtención de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, donde las salidas del tercer reactor R3 y el cuarto reactor R4 están dotadas, respectivamente, de un dispositivo de detección para la detección del contenido de ácido cianhídrico; y
el dispositivo de producción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico comprende un reactor de hidratación R5 para la formación de 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida y un reactor de hidrólisis R6 para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico por medio de reacción de hidrólisis, así como una torre de extracción y una torre de destilación por arrastre de vapor,
donde la salida del reactor de hidratación R5 está dotada de un dispositivo de detección para la detección del contenido de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
Asimismo, dicho dispositivo comprende también un dispositivo de visualización para los resultados de detección.
Asimismo, el dispositivo de detección es un dispositivo de detección espectroscópico Raman en línea.
Asimismo, tanto el primer reactor R1 como el tercer reactor R3 son reactores de recirculación, que son seleccionados entre reactores de torre o reactores agitados de múltiples pasos y, preferiblemente, reactores de torre con placa(s) deflectora(s) dispuestas en el interior.
Asimismo, tanto el segundo reactor R2 como el cuarto reactor R4 son reactores de flujo de pistón.
Asimismo, tanto el reactor de hidratación R5 como el reactor de hidrólisis R6 son reactores agitados de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 3 a 20 y, preferiblemente, de 5 a 15.
Asimismo, la torre de extracción es una torre de extracción agitada de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 10 a 30 y, preferiblemente, de 15 a 25.
Asimismo, la torre de destilación por arrastre de vapor es una torre de placas con un número de placas de 10 a 40 y, preferiblemente, 15 a 30.
Efectos ventajosos de la exposición
En comparación con la técnica anterior, la presente exposición es capaz de conseguir los
siguientes efectos.
Al adoptar el método de preparación de la presente exposición, es posible llevar a cabo detección en línea para los materiales específicos (es decir, metilmercaptano, ácido cianhídrico y 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, y 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo) que intervienen en el sistema de reacción, reducir los riesgos de seguridad causados por el muestreo directo durante el proceso de producción y mejorar la seguridad del proceso de producción.
Al adoptar el método de preparación de la presente exposición, puede mejorarse la eficacia de reacción de diversos materiales como la acroleína, el metilmercaptano, el 3-metiltiopropionaldehído, el ácido cianhídrico y el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, puede evitarse el remanente de materias primas en productos intermedios y productos de la fuente y se prepara y se obtiene metionina líquida con un alto contenido.
Al adoptar el método de preparación de la presente exposición, las proporciones de los materiales pueden controlarse estrictamente de tal forma que el 3-metiltiopropionaldehído y el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenidos mediante la preparación estén prácticamente libres de impurezas y puedan entrar directamente en los procesos siguientes sin someterse a tratamiento posterior, de manera que no solo se mejora la eficacia de producción sino que también se reduce el problema de descargar los "tres desechos" generados debido al tratamiento posterior y, por consiguiente, se es más respetuoso con el medio ambiente.
Al adoptar el método y el dispositivo de preparación de la presente exposición, el rendimiento del producto es alto y es posible ahorrar materias primas y reducir costes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es una gráfica de proceso de la preparación continua de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
La figura 2 muestra la comparación entre el espectro Raman de 3-metiltiopropionaldehído y los espectros Raman de hemiacetal de 3-metiltiopropionaldehído y metilmercaptano.
La figura 3 es el espectro Raman de la mezcla de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y ácido cianhídrico.
La figura 4 es el espectro Raman de 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida.
Descripción de signos de referencia
1: el primer reactor R1
2: el segundo reactor R2
3: el tercer reactor R3
4: el cuarto reactor R4
5: reactor de hidratación R5
6: reactor de hidrólisis R6
7: reactor de neutralización R7
8: torre de extracción C1
9: torre de destilación por arrastre de vapor C2
10 a 16: mezcladoras estáticas M1 a M7
17 a 19: intercambiadores de calor E1 a E3
20 a 21: bombas de circulación P1 a P2
22 a 24: Dispositivos de detección y procesamiento de espectro Raman LM1 a LM3.
25 a 29: Detectores Raman D1 a D5
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Un aspecto de la presente exposición consiste en proporcionar un método para la
preparación continua de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el método comprende al menos las siguientes etapas:
una etapa de someter 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo a reacción de hidratación en presencia de ácido sulfúrico para formar 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida, donde se detecta la cantidad residual de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en la solución de reacción y la cantidad de ácido sulfúrico que se ha de utilizar se ajusta de acuerdo con los resultados de detección, con el fin de poder llevar a cabo una reacción de hidratación completa; y
una etapa de someter 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida a reacción de hidrólisis con el fin de preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
Asimismo, la presente exposición también da a conocer un método para la preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, comprendiendo dicho método:
hacer reaccionar 3-metiltiopropionaldehído con una cantidad excesiva de ácido cianhídrico para formar una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo; detectar el contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y determinar la cantidad suplementaria de 3- metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección; y mezclar la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo con el 3-metiltiopropionaldehído suplementado para permitir que el 3-metiltiopropionaldehído reaccione con el ácido cianhídrico en una relación equimolar, con el fin de preparar y obtener 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
Asimismo, la presente exposición también da a conocer un método para la preparación de 3- metiltiopropionaldehído, comprendiendo dicho método:
hacer reaccionar acroleína con una cantidad excesiva de metilmercaptano en presencia de
un catalizador para formar una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído; detectar el contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído y determinar la cantidad suplementaria de acroleína de acuerdo con los resultados de detección; y mezclar la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído con la acroleína suplementada para permitir que la acroleína reaccione con metilmercaptano en una relación equimolar, con el fin de preparar y obtener 3-metiltiopropionaldehído.
Los catalizadores que se suelen utilizar en la técnica pueden utilizarse como el catalizador de la presente exposición, incluyendo bases orgánicas, bases inorgánicas o sales formadas por aminas terciarias y ácidos. Las bases orgánicas incluyen aminas de bajo peso molecular, aminas de alto peso molecular, entre otros. Como aminas de bajo peso molecular, pueden ponerse como ejemplo, por ejemplo, las aminas que presentan entre 1 y 36 átomos de carbono. Las aminas de bajo peso molecular preferidas incluyen tri(C1-C12 alquil)aminas, tales como trietilamina y triisopropilamina; adialquilaralquil aminas, tales como dimetilbencilamina; dialquilaril aminas, tales como N, N-dimetilanilina; aminas heterocíclicas, tales como nicotinamida, imidazol, benzimidazol, N-C1-6 alquilmorfolina, metilpiridina, pirazina, entre otros. Como aminas de alto peso molecular, pueden ponerse como ejemplo, por ejemplo, polivinilpirrolidina, dietilaminoetil poliestireno, dietilaminometil poliestireno, dimetilaminometil poliestireno, dietilaminometil resina macroreticular, dietilaminoetil poliestireno, entre otros.
Hidróxidos de metal alcalino, cianuros de metal alcalino, carbonatos de metal alcalino, bicarbonatos de metal alcalino, entre otros, pueden utilizarse como bases inorgánicas. De manera específica, pueden ponerse como ejemplo, por ejemplo, el hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio, el NaCN, el KCN, el carbonato de sodio, el carbonato de potasio, el bicarbonato de sodio, el bicarbonato de potasio, entre otros.
Una mezcla de una amina terciaria de bajo molecular y un ácido orgánico o un ácido
inorgánico pueden utilizarse como la mezcla de una amina terciaria y un ácido, de tal manera que sean capaces de configurar el pH en un rango deseado más fácilmente. Los ácidos orgánicos incluyen ácidos grasos de cadena corta, ácidos sulfónicos orgánicos, etc. Como ácidos grasos de cadena corta, por ejemplo, se incluyen el ácido acético, ácido fórmico, ácido propiónico, ácido butírico, ácido cítrico, entre otros. En cuanto a los ácidos sulfónicos orgánicos, puede ponerse como ejemplo, entre otros, el ácido trifluorometansulfónico. El ácido inorgánico es, preferiblemente, ácido sulfúrico o ácido fosfórico.
Dicha mezcla de una amina terciaria y un ácido es, preferiblemente, una sal formada por una amina terciaria y ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde la relación molar de la amina terciaria con respecto al ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es de 1,05:1 a 2,0:1, preferiblemente, 1,1:1 a 1,5:1, y la amina terciaria es al menos una seleccionada entre trietilamina, tri-n-propilamina, tri-n-butilamina, triisopropilamina y N,N-dimetilbencilamina.
Otro aspecto de la presente exposición consiste en proporcionar un método para la preparación continua de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, que comprende:
etapa (1): una etapa de hacer reaccionar acroleína con metilmercaptano para preparar 3-metiltiopropionaldehído;
etapa (2): una etapa de hacer reaccionar 3-metiltiopropionaldehído con ácido cianhídrico para preparar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y
etapa (3): una etapa de hidratar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo mediante la utilización de ácido sulfúrico y, a continuación, hidrolizar para preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico;
donde en las etapas (1), (2) y (3), el estado de reacción de los materiales se detecta en línea y las proporciones de los materiales se controlan de acuerdo con los resultados de detección con el fin de poder llevar a cabo una reacción completa.
Un modo de realización específico de la presente exposición comprende las siguientes etapas.
Etapa (1): una etapa de hacer reaccionar acroleína con metilmercaptano para preparar 3-metiltiopropionaldehído.
La preparación de dicho 3-metiltiopropionaldehído se lleva a cabo en dos reactores que funcionan continuamente, donde el primer reactor R1 es un reactor de recirculación y el segundo reactor R2 es un reactor de flujo de pistón. En primer lugar, el material de acroleína ACR1 se mezcla con los materiales circulantes en la mezcladora estática M2; a continuación, la mezcla se mezcla junto con metilmercaptano y el catalizador en la mezcladora estática M1, y los materiales mezclados, en primer lugar, se introducen en el primer reactor R1 y se hacen reaccionar en condiciones de entre 20 y 40 °C para obtener una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído. Después de haberse enfriado la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, se extrae una parte de dicha solución de reacción previa y se le suministra al segundo reactor R2 para 3-metiltiopropionaldehído, y la parte restante se recicla y se utiliza como los materiales circulantes del primer reactor R1.
Con el fin de garantizar una relación equimolar de metilmercaptano y acroleína en el segundo reactor R2, el detector Raman D1 se proporciona en la salida de la bomba de circulación P1 en la parte inferior del primer reactor. La cantidad suplementaria de acroleína ACR2 se determina mediante la determinación del contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, la ACR2 suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído se mezclan en la mezcladora estática M3 y, a continuación, se introducen en el segundo reactor R2 y la mezcla se hace reaccionar, además, en condiciones de entre 20 y 40 °C para obtener la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído. El detector Raman D2 se proporciona en la salida del segundo reactor R2. La cantidad de ACR2 se ajusta ligeramente mediante la determinación de la cantidad residual de hemiacetal en la
solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído, con el fin de garantizar una reacción de hemiacetal básicamente completa.
Etapa (2): una etapa de hacer reaccionar 3-metiltiopropionaldehído con ácido cianhídrico para preparar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo
La preparación de dicho 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo se lleva a cabo también en dos reactores que funcionan continuamente, donde el tercer reactor R3 es un reactor de recirculación y el cuarto reactor R4 es un reactor de flujo de pistón. La mayoría del material MMP1 en la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído obtenida en la etapa anterior se mezcla junto con los materiales circulantes y el ácido cianhídrico en la mezcladora estática M4, y los materiales mezclados se introducen en el tercer reactor R3 y se hacen reaccionar en condiciones de entre 25 y 45 °C para obtener una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. Una parte de la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo es extraída y suministrada al cuarto reactor R4 para 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo después de haberse enfriado, y la parte restante se recicla y se utiliza como los materiales circulantes del tercer reactor R3.
Con el fin de garantizar una relación equimolar de ácido cianhídrico y 3- metiltiopropionaldehído en el cuarto reactor R4, el detector Raman D3 se proporciona en la salida de la bomba de circulación P2 en la parte inferior del primer reactor. La cantidad suplementaria de 3-metiltiopropionaldehído MMP2 se determina mediante la determinación del contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La MMP2 suplementada y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo se mezclan en la mezcladora estática M5 y, a continuación, se introducen en el cuarto reactor R4, y se hace reaccionar la mezcla en condiciones de entre 25 y 45 °C para obtener la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. El detector Raman D4 se proporciona en la salida del cuarto reactor R4. La cantidad de MMP2 se ajusta ligeramente mediante la determinación de la cantidad residual de ácido cianhídrico en la
solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, con el fin de garantizar una reacción de ácido cianhídrico básicamente completa.
Etapa (3): una etapa de hidratar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo mediante la utilización de ácido sulfúrico y, a continuación, hidrolizar para preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico
La reacción de hidrólisis se lleva a cabo en dos reactores agitados de múltiples pasos continuos conectados en serie; el reactor de hidratación R5 es un reactor en el que el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo se hidrata para formar 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida, y el reactor de hidrólisis R6 es un reactor en el que la 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida se hidroliza para sintetizar el ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico. La solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenida en la etapa anterior y la solución de ácido sulfúrico (70 % en peso a 75 % en peso) se mezclan por medio de la mezcladora estática M6 y, a continuación, se introducen en el reacción de hidratación R5, y la mezcla se somete a reacción de hidratación en condiciones de entre 50 y 70 °C para obtener la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida. Se mezcla esta solución de reacción y agua conjuntamente por medio de la mezcladora estática M6 y, a continuación, se introducen en el reactor de hidrólisis R6 y se calienta la mezcla a entre 90 y 120 °C y se somete a reacción de hidrólisis para obtener la solución de reacción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
Con el fin de garantizar una reacción de hidratación completa, se proporciona un detector de espectroscopia Raman D5 en la salida del reactor de hidratación R5. La cantidad de la solución de ácido sulfúrico se ajusta mediante la determinación del remanente de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en la solución de reacción, y la cantidad de agua que se introduce en el reactor de hidrólisis R6 se ajusta al mismo tiempo, con el fin de garantizar que la reacción de hidrólisis se completa básicamente.
La solución de reacción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico obtenido mediante la reacción de hidrólisis mencionada anteriormente es suministrada al reactor de neutralización continua R7
y se ajusta con amoníaco para conseguir un valor de pH de entre 1 y 2, con el fin de obtener la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico. A continuación, dicha solución neutralizada se introduce en la parte superior de la torre de extracción de múltiples pasos C1, el disolvente se introduce en la parte inferior de la torre de extracción C1 y se lleva a cabo una extracción en contracorriente en condiciones de entre 30 y 50 °C. Se obtiene un líquido de extracción que contiene ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico de la parte superior de la torre de extracción C1, y se obtiene una solución de sulfato de amonio de la parte inferior. El líquido de extracción que contiene ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se introduce en la parte superior de la torre de destilación por arrastre de vapor C2, el vapor se introduce en la parte inferior para llevar a cabo la extracción de vapor, y el vapor disolvente obtenido de la parte superior de la torre de extracción puede aplicarse directamente a la torre de extracción C1 después de ser condensado mediante el condensador E3. El producto de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se obtiene de la parte inferior de la torre de destilación por arrastre de vapor.
El método para la preparación continua de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico proporcionado por la presente exposición se capaz de solucionar el problema existente en la técnica anterior de que la detección no es capaz de llevarse a cabo en línea. En una solución técnica preferida de la presente exposición, la detección de espectroscopia Raman se emplea en combinación con el control de proceso, que permite el correcto control de las proporciones de las materias primas de la reacción y, por lo tanto, alcanza los objetivos de reducir el consumo de materias primas, reducir los subproductos, reducir el remanente de materias primas y productos intermedios y mejorar la seguridad operacional y la estabilidad del proceso.
Al analizar las señales de espectroscopia Raman de los reactivos y los productos intermedios en cada etapa de la reacción, los inventores han descubierto que, cuando se hace reaccionar metilmercaptano con acroleína, si se utiliza 3-metiltiopropionaldehído (MMP) como disolvente, el metilmercaptano reaccionará con MMP para formar hemiacetal, y su fórmula de reacción es la siguiente:
El hemiacetal formado por la reacción presenta picos de absorción característicos en el espectro Raman y los picos de absorción característicos presentan absorción máxima en un número de onda de 400 cm-1 (véase la figura 2, pico característico A), y el contenido de metilmercaptano en la solución de reacción puede determinarse de forma precisa mediante la utilización de este pico de absorción. En consecuencia, en la presente exposición, la síntesis de MMP se lleva a cabo en dos reactores conectados en serie. El producto de MMP se utiliza como medio de reacción en el primer reactor; la mayoría de la acroleína, en primer lugar, se hace reaccionar con una cantidad excesiva de metilmercaptano, los parámetros de proceso de la reacción se ajustan para permitir una reacción básicamente completa de acroleína, y el exceso de metilmercaptano se hace reaccionar con MMP para formar hemiacetal. El contenido de metilmercaptano puede calcularse y obtenerse mediante la determinación del contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa en la salida del primer reactor y, a continuación, la acroleína, de la cual se necesita la cantidad por parte de la relación estequiométrica, es añadida adicionalmente en la entrada del segundo reactor y se hace reaccionar el hemiacetal básicamente de forma completa en el segundo reactor.
Se adopta la misma idea tras hacer reaccionar MMP con ácido cianhídrico para formar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. Mediante la investigación, se ha descubierto que el ácido cianhídrico y el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo presentan picos de absorción característicos en números de onda de aproximadamente 2080 cm-1 y aproximadamente 2240 cm-1, respectivamente (véase la figura 3) (el pico característico de la cianohidrina indicado en la figura es el pico característico de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo), y el contenido de ácido cianhídrico puede determinarse por el tamaño relativo de los dos picos de absorción. Por consiguiente, se utiliza 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo como medio de reacción; la mayoría del MMP, en primer lugar, se hace reaccionar con una cantidad excesiva de ácido cianhídrico en el tercer reactor, y los parámetros de proceso de la reacción se ajustan para permitir una
reacción básicamente completa de MMP. Se determina el contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa en la salida del tercer reactor y, a continuación, la MMP, de la cual se necesita la cantidad por parte de la relación estequiométrica es añadida adicionalmente en la entrada del cuarto reactor y se hace reaccionar el ácido cianhídrico básicamente de forma completa en el cuarto reactor.
Dado que el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo es inestable, con el fin de garantizar que los subproductos se reducen en la medida de posible durante la reacción de hidrólisis, se necesita sintetizar 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida por medio de una hidratación suficiente a una temperatura relativamente baja en ácido sulfúrico con una concentración relativamente alta. Por este motivo, se emplea la espectroscopia Raman en línea en la presente exposición para monitorizar el proceso de hidratación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. Mediante la monitorización de si el pico de absorción característico de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo (número de onda: 2240 cm-1) se ha convertido completamente en el pico de absorción característico de amida (número de onda: 1730 cm-1, véase la figura 4) en la salida del reactor de hidratación, se determina el grado de la reacción de hidratación, y se ajusta la cantidad de alimentación de ácido sulfúrico y la cantidad de agua en la reacción de hidrólisis posterior en consecuencia.
Otro aspecto de la presente exposición consiste en proporcionar un dispositivo de producción continua para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico que comprende:
un dispositivo de producción de 3-metiltiopropionaldehído, un dispositivo de producción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y un dispositivo de producción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico conectados secuencialmente;
el dispositivo de producción de 3-metiltiopropionaldehído comprende el primer reactor (R1) para la formación de una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído y el segundo reactor (R2) para la preparación y la obtención de 3-metiltiopropionaldehído, donde
las salidas del primer reactor (R1) y el segundo reactor (R2) están dotadas, respectivamente, de un dispositivo de detección para la detección del contenido de hemiacetal;
el dispositivo de producción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo comprende el tercer reactor (R3) para la formación de una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y el cuarto reactor (R4) para la preparación y la obtención de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, donde las salidas del tercer reactor (R3) y el cuarto reactor (R4) están dotadas, respectivamente, de un dispositivo de detección para la detección del contenido de ácido cianhídrico; y
el dispositivo de producción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico comprende el reactor de hidratación (R5) para la formación de una 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida y el reactor de hidrólisis (R6) para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico por medio de reacción de hidrólisis, así como una torre de extracción y una torre de destilación por arrastre de vapor, donde la salida del reactor de hidratación (R5) está dotada de un dispositivo de detección para la detección del contenido de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
Los equipos específicos, tales como el reactor, la torre de extracción, la torre de destilación por arrastre de vapor, la mezcladora estática, el intercambiador de calor, la bomba de circulación y el detector que se utilizan específicamente en la presente exposición, pueden obtenerse en el mercado.
El dispositivo de detección de la presente exposición es, preferiblemente, un dispositivo de detección de espectro Raman que comprende un detector espectroscópico Raman (en ocasiones, también denominado detector Raman, por ejemplo, los detectores Raman D1 a D5) y un dispositivo de detección y procesamiento Raman (por ejemplo, LM1 a LM3). Dicho dispositivo de detección y de procesamiento de espectro Raman se utiliza para recopilar y procesar las señales espectroscópicas Raman recopiladas por el detector Raman y que forman un espectro Raman. Cualquiera de dichos detectores Raman está conectado a un
dispositivo de detección y procesamiento de espectro Raman (varios detectores Raman pueden conectarse a un único dispositivo de detección y procesamiento de espectro Raman). Preferiblemente, la conexión entre los detectores Raman y los dispositivos de detección y procesamiento de espectro Raman se selecciona de acuerdo con el paso de la reacción. En algunos modos de realización específicos, los detectores Raman D1 y D2 están conectados al dispositivo de detección y procesamiento de espectro Raman LM1, los detectores Raman D3 y D4 están conectados al dispositivo de detección y procesamiento de espectro Raman LM2, y el detector Raman D5 está conectado al dispositivo de detección y procesamiento de espectro Raman LM3.
A modo de ejemplo de la presente exposición, tanto el primer reactor (R1) como el tercer reactor (R3) son reactores de recirculación, que se seleccionan entre reactores de torre o reactores agitados de múltiples pasos convencionales de la técnica y, preferiblemente, reactores de torre con placa(s) deflectora(s) dispuestas en el interior. Tanto el segundo reactor (R2) como el cuarto reactor (R4) son reactores de flujo de pistón; tanto el reactor de hidratación (R5) como el reactor de hidrólisis (R6) son reactores agitados de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 3 a 20 y, preferiblemente, de 5 a 15; la torre de extracción es una torre de extracción agitada de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 10 a 30 y, preferiblemente, de 15 a 25; y la torre de destilación por arrastre de vapor es una torre de placas con un número de placas de 10 a 40 y, preferiblemente, de 15 a 30.
En la presente memoria, se debería entender que las expresiones "que comprende(n)" o "que contiene(n)" tienen un significado abierto y no exclusivo, es decir, "incluyendo, pero sin carácter limitativo".
En la presente exposición, un porcentaje se refiere a un porcentaje en masa, salvo que se especifique otra cosa.
Las soluciones técnicas de la presente exposición se explican a continuación más específicamente junto con los ejemplos.
Ejemplo 1
La síntesis de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se llevó a cabo de acuerdo con el proceso que se muestra en la figura 1, donde:
R1 presentaba un volumen de 1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,6 m, una longitud de 3,55 m y 10 placas deflectoras dispuestas en el interior;
R2 presentaba un volumen de 0,2 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,3 m y una longitud de 2,85 m;
R3 presentaba un volumen de 0,5 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,5 m, una longitud de 2,55 m y 8 placas deflectoras dispuestas en el interior;
R4 presentaba un volumen de 0,1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,2 m y una longitud de 3,20 m;
R5 presentaba un volumen de 1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,6 m, una longitud de 3,55 m y 10 pasos de agitación dispuestos en el interior;
R6 presentaba un volumen de 2 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,8 m, una longitud de 4,00 m y 10 pasos de agitación dispuestos en el interior;
R7 presentaba un volumen de 0,2 m3 y era una caldera de reacción con un agitador dispuesto en el interior;
C1 era una torre de extracción con un diámetro de 1 m y 20 pasos de agitación dispuestos en el interior; y
C2 era una torre de placas con un diámetro de 1 m y 25 placas perforadas dispuestas en el interior.
(1) Preparación de 3-metiltiopropionaldehído
El material de acroleína ACR1 se mezcló, en primer lugar, con los materiales circulantes en la mezcladora estática M2 a 545 Kg/hora, a continuación, se mezcló la mezcla junto con metilmercaptano (480 Kg/hora) y el catalizador (la trietilamina y el ácido 2- hidroxi-4-metiltiobutírico fueron mezclados con una relación molar de 1,2:1) (1 Kg/hora) en la mezcladora estática M1, y los materiales mezclados se introdujeron en el primer reactor R1 y fueron sometidos a reacción en condiciones de entre 27 y 30 °C para obtener una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído. Después de haberse enfriado la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, dicha solución de reacción previa (aproximadamente 1026 Kg/hora) fue extraída y suministrada al segundo reactor R2 para 3- metiltiopropionaldehído, y la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del primer reactor R1 fue aproximadamente 20000 Kg/hora.
La cantidad suplementaria de acroleína ACR2 fue determinada como 16 Kg/hora mediante la utilización del detector Raman D1 para determinar el contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído. La ACR2 suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído fueron mezcladas en la mezcladora estática M3 y, a continuación, se introdujeron en el segundo reactor R2, y se hizo reaccionar la mezcla adicionalmente en condiciones de entre 27 y 28 °C para obtener la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído. La cantidad residual de hemiacetal en la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído fue determinada por medio del detector Raman D2 para confirmar una reacción básicamente completa de hemiacetal.
(2) Preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo
La mayoría del material MMP1 en la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído obtenida en la etapa anterior fue mezclada junto con los materiales circulantes y el ácido cianhídrico (270 Kg/hora) en la mezcladora estática M4 a 1010 Kg/hora, y los materiales mezclados se introdujeron en el tercer reactor R3 y fueron sometidos a reacción en condiciones de entre 33 y 35 °C para obtener una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fue suministrada al cuarto reactor R4 para 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo a 1280 Kg/hora después de haberse enfriado, y la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del segundo reactor R3 fue 25600 Kg/hora. La cantidad suplementaria de 3-metiltiopropionaldehído MMP2 fue determinada como 32 Kg/hora mediante la utilización del detector Raman D3 para determinar el contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La MMP2 suplementada y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fueron mezcladas en la mezcladora estática M5 y, a continuación, se introdujeron en el cuarto reactor R4, y se hizo reaccionar la mezcla en condiciones de entre 33 y 34 °C para obtener la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La cantidad residual de ácido cianhídrico en la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fue determinada por medio del detector Raman D4 para confirmar una reacción básicamente completa de ácido cianhídrico.
(3) Preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico
La solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenida en la etapa anterior y la solución de ácido sulfúrico (1680 Kg/hora, 70 % en peso) fueron mezcladas por medio de la mezcladora estática M6 y, a continuación, se introdujeron en el reactor de hidratación R5, y la mezcla fue sometida a reacción de hidratación en condiciones de entre 55 y 60 °C para obtener la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida. Se mezcló esta solución de
reacción y agua (2300 Kg/hora) conjuntamente mediante la mezcladora estática M6 y, a continuación, se introdujeron en el reactor de hidrólisis R6, y se calentó la mezcla a entre 100 y 105 °C, y fue sometida a reacción de hidrólisis para obtener la solución de reacción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
El proceso de reacción de hidratación se llevó a cabo por completo. La cantidad de la solución de ácido sulfúrico se ajustó mediante la utilización del detector de espectroscopia Raman D5 para determinar el remanente de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en la solución de reacción, y la cantidad de agua que se introduce en el reactor de hidrólisis R6 se ajustó al mismo tiempo, con el fin de garantizar que la reacción de hidrólisis se había completado básicamente.
La solución de reacción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico obtenido mediante la reacción de hidrólisis mencionada anteriormente fue suministrada al reactor de neutralización continua R7 y se ajustó con amoníaco para conseguir un valor de pH de 1,5, con el fin de obtener la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico. A continuación, dicha solución neutralizada se introdujo en la parte superior de la torre de extracción de múltiples pasos C1, se introdujo metilisobutilcetona como disolvente en la parte inferior de la torre de extracción C1 a 5000 Kg/hora, y se llevó a cabo una extracción en contracorriente en condiciones de entre 35 y 40 °C. Se obtuvo un líquido de extracción que contiene ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico de la parte superior de la torre y se obtuvo una solución de sulfato de amonio de la parte inferior a 3630 Kg/hora. El líquido de extracción con ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se introdujo en la parte superior de la torre de destilación por arrastre de vapor C2, el vapor se introdujo en la parte inferior para llevar a cabo la extracción de vapor, y el vapor disolvente obtenido de la parte superior de la torre de destilación por arrastre de vapor pudo aplicarse directamente a la torre de extracción C1 después de ser condensado mediante el condensador E3. El producto de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se obtuvo de la parte inferior de la torre de destilación por arrastre de vapor a 1685 Kg/hora y dicho producto presentaba un contenido de 88,92 % y un rendimiento de 99,71 % en
términos de acroleína.
Ejemplo 2
La síntesis de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se llevó a cabo de acuerdo con el proceso que se muestra en la figura 1, donde:
R1 presentaba un volumen de 1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,6 m, una longitud de 3,55 m y 10 placas deflectoras dispuestas en el interior;
R2 presentaba un volumen de 0,2 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,3 m y una longitud de 2,85 m;
R3 presentaba un volumen de 0,5 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,5 m, una longitud de 2,55 m y 8 placas deflectoras dispuestas en el interior;
R4 presentaba un volumen de 0,1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,2 m y una longitud de 3,20 m;
R5 presentaba un volumen de 1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,6 m, una longitud de 3,55 m y 20 pasos de agitación dispuestos en el interior;
R6 presentaba un volumen de 2 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,8 m, una longitud de 4,00 m y 20 pasos de agitación dispuestos en el interior;
R7 presentaba un volumen de 0,2 m3 y era una caldera de reacción con un agitador dispuesto en el interior;
C1 era una torre de extracción con un diámetro de 1 m y 30 pasos de agitación dispuestos en
el interior; y
C1 era una torre de extracción con un diámetro de 1 m y 10 placas perforadas dispuestas en el interior.
(1) Preparación de 3-metiltiopropionaldehído
El material de acroleína ACR1 se mezcló, en primer lugar, con los materiales circulantes en la mezcladora estática M2 a 1100 Kg/hora; a continuación, se mezcló la mezcla junto con metilmercaptano (960 Kg/hora) y el catalizador (la relación molar de tributilamina y ácido 2- hidroxi-4-metiltiobutírico era 1,05;1) (1 Kg/hora) en la mezcladora estática M1, y los materiales mezclados se introdujeron en el primer reactor R1 y fueron sometidos a reacción en condiciones de entre 35 y 40 °C para obtener una solución de reacción previa de 3- metiltiopropionaldehído. Después de haberse enfriado la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, dicha solución de reacción previa (aproximadamente 2061 Kg/hora) fue extraída y suministrada al segundo reactor R2 para 3-metiltiopropionaldehído, y la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del primer reactor R1 fue aproximadamente 21 000 Kg/hora.
La cantidad suplementaria de acroleína ACR2 fue determinada como 23 Kg/hora mediante la utilización del detector Raman D1 para determinar el contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído. La ACR2 suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído fueron mezcladas en la mezcladora estática M3 y, a continuación, se introdujeron en el segundo reactor R2, y se hizo reaccionar la mezcla adicionalmente en condiciones de entre 35 y 36 °C para obtener la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído. La cantidad residual de hemiacetal en la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído fue determinada por medio del detector Raman D2 para confirmar una reacción básicamente completa de hemiacetal.
(2) Preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo
La mayoría del material MMP1 en la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído obtenida en la etapa anterior fue mezclada junto con los materiales circulantes y el ácido cianhídrico (540 Kg/hora) en la mezcladora estática M4 a 2063 Kg/hora, y los materiales mezclados se introdujeron en el tercer reactor R3 y fueron sometidos a reacción en condiciones de entre 40 y 45 °C para obtener una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fue suministrada al cuarto reactor R4 para 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo a 2603 Kg/hora después de haberse enfriado, y la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del segundo reactor R3 fue 13100 Kg/hora.
La cantidad suplementaria de 3-metiltiopropionaldehído MMP2 fue determinada como 21 Kg/hora mediante la utilización del detector Raman D3 para determinar el contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La MMP2 suplementada y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fueron mezcladas en la mezcladora estática M5 y, a continuación, se introdujeron en el cuarto reactor R4, y se hizo reaccionar la mezcla en condiciones de entre 40 y 41 °C para obtener la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La cantidad residual de ácido cianhídrico en la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fue determinada por medio del detector Raman D4 para confirmar una reacción básicamente completa de ácido cianhídrico.
(3) Preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico
La solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenida en la etapa anterior y la solución de ácido sulfúrico (2613 Kg/hora, 75 % en peso) fueron mezcladas por medio de la mezcladora estática M6 y, a continuación, se introdujeron en el reactor de hidratación R5, y la mezcla fue sometida a reacción de hidratación en condiciones de entre 65 y 70 °C para
obtener la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida. Se mezcló esta solución de reacción y agua (3750 Kg/hora) conjuntamente por medio de la mezcladora estática M6 y, a continuación, se introdujeron en el reactor de hidrólisis R6 y se calentó la mezcla a entre 115 y 120 °C y se sometió a reacción de hidrólisis para obtener la solución de reacción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
El proceso de reacción de hidratación se llevó a cabo por completo. La cantidad de la solución de ácido sulfúrico se ajustó mediante la utilización del detector de espectroscopia Raman D5 para determinar el remanente de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en la solución de reacción, y la cantidad de agua que se introduce en el reactor de hidrólisis R6 se ajustó al mismo tiempo, con el fin de garantizar que la reacción de hidrólisis se había completado básicamente.
La solución de reacción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico obtenido mediante la reacción de hidrólisis mencionada anteriormente fue suministrada al reactor de neutralización continua R7 y se ajustó con amoníaco acuoso para conseguir un valor de pH de 2, con el fin de obtener la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico. A continuación, dicha solución neutralizada se introdujo en la parte superior de la torre de extracción de múltiples pasos C1, se introdujo éter metílico de tert-butilo como disolvente en la parte inferior de la torre de extracción C1 a 2800 Kg/hora, y se llevó a cabo una extracción en contracorriente en condiciones de entre 45 y 50 °C. Se obtuvo un líquido de extracción que contenía ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico de la parte superior de la torre, y se obtuvo una solución de sulfato de amonio de la parte inferior a 5955 Kg/hora. El líquido de extracción con ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se introdujo en la parte superior de la torre de destilación por arrastre de vapor C2, el vapor se introdujo en la parte inferior para llevar a cabo la extracción de vapor, y el vapor disolvente obtenido de la parte superior de la torre de destilación por arrastre de vapor pudo aplicarse directamente a la torre de extracción C1 después de ser condensado mediante el condensador E3. El producto de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se obtuvo de la parte inferior de la torre de destilación por arrastre de vapor a 3372 Kg/hora y
dicho producto presentaba un contenido de 88,85 % y un rendimiento de 99,60 % en términos de acroleína.
Ejemplo 3
La síntesis de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se llevó a cabo de acuerdo con el proceso que se muestra en la figura 1, donde:
R1 presentaba un volumen de 1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,6 m, una longitud de 3,55 m y 10 placas deflectoras dispuestas en el interior;
R2 presentaba un volumen de 0,2 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,3 m y una longitud de 2,85 m;
R3 presentaba un volumen de 0,5 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,5 m, una longitud de 2,55 m y 8 placas deflectoras dispuestas en el interior;
R4 presentaba un volumen de 0,1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,2 m y una longitud de 3,20 m;
R5 presentaba un volumen de 1 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,6 m, una longitud de 3,55 m y 3 pasos de agitación dispuestos en el interior;
R6 presentaba un volumen de 2 m3 y era un tubo recto con un diámetro interior de 0,8 m, una longitud de 4,00 m y 3 pasos de agitación dispuestos en el interior;
R7 presentaba un volumen de 0,2 m3 y era una caldera de reacción con un agitador dispuesto en el interior;
C1 era una torre de extracción con un diámetro de 1 m y 10 pasos de agitación dispuestos en el interior; y
C2 era una torre de placas con un diámetro de 1 m y 40 placas perforadas dispuestas en el interior.
(1) Preparación de 3-metiltiopropionaldehído
El material de acroleína ACR1 se mezcló, en primer lugar, con los materiales circulantes en la mezcladora estática M2 a 266 Kg/hora; a continuación, se mezcló la mezcla junto con metilmercaptano (240 Kg/hora) y el catalizador (la relación molar de N,N-dimetilbencilamina y ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico era de 2:1) (2 Kg/hora) en la mezcladora estática M1, y los materiales mezclados se introdujeron en el primer reactor R1 y fueron sometidos a reacción en condiciones de entre 20 y 22 °C para obtener una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído. Después de haberse enfriado la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, dicha solución de reacción previa (aproximadamente 508 Kg/hora) fue extraída y suministrada al segundo reactor R2 para 3-metiltiopropionaldehído, y la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del primer reactor R1 fue aproximadamente 25000 Kg/hora.
La cantidad suplementaria de acroleína ACR2 fue determinada como 15 Kg/hora mediante la utilización del detector Raman D1 para determinar el contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído. La ACR2 suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído fueron mezcladas en la mezcladora estática M3 y, a continuación, se introdujeron en el segundo reactor R2, y se hizo reaccionar la mezcla adicionalmente en condiciones de entre 20 y 21 °C para obtener la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído. La cantidad residual de hemiacetal en la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído fue determinada por medio del detector Raman D2 para confirmar una reacción básicamente completa de hemiacetal.
(2) Preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo
La mayoría del material MMP1 en la solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído obtenida en la etapa anterior fue mezclada junto con los materiales circulantes y el ácido cianhídrico (135 Kg/hora) en la mezcladora estática M4 a 497 Kg/hora, y los materiales mezclados se introdujeron en el tercer reactor R3 y fueron sometidos a reacción en condiciones de entre 25 y 27 °C para obtener una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fue suministrada al cuarto reactor R4 para 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo a 632 Kg/hora después de haberse enfriado, y la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del segundo reactor R3 fue 18900 Kg/hora.
La cantidad suplementaria de 3-metiltiopropionaldehído MMP2 fue determinada como 26 Kg/hora mediante la utilización del detector Raman D3 para determinar el contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La MMP2 suplementada y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fueron mezcladas en la mezcladora estática M5 y, a continuación, se introdujeron en el cuarto reactor R4, y se hizo reaccionar la mezcla en condiciones de entre 25 y 26 °C para obtener la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo. La cantidad residual de ácido cianhídrico en la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo fue determinada por medio del detector Raman D4 para confirmar una reacción básicamente completa de ácido cianhídrico.
(3) Preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico
La solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenida en la etapa anterior y la solución de ácido sulfúrico (1360 Kg/hora, 72 % en peso) fueron mezcladas por medio de la mezcladora estática M6 y, a continuación, se introdujeron en el reactor de hidratación R5, y la
mezcla se sometió a reacción de hidratación en condiciones de entre 50 y 55 °C para obtener la solución de reacción de 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida. Se mezcló esta solución de reacción y agua (1700 Kg/hora) conjuntamente por medio de la mezcladora estática M6 y, a continuación, se introdujeron en el reactor de hidrólisis R6 y se calentó la mezcla a entre 90 y 95 °C y se sometió a reacción de hidrólisis para obtener la solución de reacción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
El proceso de reacción de hidratación se llevó a cabo por completo. La cantidad de la solución de ácido sulfúrico se ajustó mediante la utilización del detector de espectroscopia Raman D5 para determinar el remanente de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en la solución de reacción, y la cantidad de agua que se introduce en el reactor de hidrólisis R6 se ajustó al mismo tiempo, con el fin de garantizar que la reacción de hidrólisis se había completado básicamente.
La solución de reacción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico obtenido mediante la reacción de hidrólisis mencionada anteriormente fue suministrada al reactor de neutralización continua R7 y se ajustó con amoníaco para conseguir un valor de pH de 1, con el fin de obtener la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico. A continuación, dicha solución neutralizada se introdujo en la parte superior de la torre de extracción de múltiples pasos C1, se introdujo butanona como disolvente en la parte inferior de la torre de extracción C1 a 11900 Kg/hora, y se llevó a cabo una extracción en contracorriente en condiciones de entre 30 y 35 °C. Se obtuvo un líquido de extracción que contenía ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico de la parte superior de la torre, y se obtuvo una solución de sulfato de amonio de la parte inferior a 3130 Kg/hora. El líquido de extracción con ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se introdujo en la parte superior de la torre de destilación por arrastre de vapor C2, el vapor se introdujo en la parte inferior para llevar a cabo la extracción de vapor, y el vapor disolvente obtenido de la parte superior de la torre de destilación por arrastre de vapor pudo aplicarse directamente a la torre de extracción C1 después de ser condensado mediante el condensador E3. El producto de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se obtuvo de la parte
inferior de la torre de destilación por arrastre de vapor a 843 Kg/hora y dicho producto presentaba un contenido de 88,97 % y un rendimiento de 99,65 % en términos de acroleína.
Los ejemplos anteriores son ilustrativos de las soluciones técnicas de la presente exposición, y no pretenden limitar el alcance de la presente exposición a los ejemplos anteriores. Por consiguiente, el alcance de protección reivindicado por la presente exposición no se limita a los ejemplos anteriores, y cualquier solución técnica alcanzada mediante sustitución equivalente se inscribe en el alcance de protección de la presente exposición.
Claims (59)
1. Método para la preparación de 3-metiltiopropionaldehído como producto intermedio de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el método comprende: hacer reaccionar acroleína con una cantidad excesiva de metilmercaptano en presencia de un catalizador para obtener una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído; llevar a cabo una detección en línea de un contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, y determinar una cantidad suplementaria de acroleína de acuerdo con los resultados de detección; y mezclar y hacer reaccionar la acroleína suplementada con la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído para poder llevar a cabo una reacción completa del hemiacetal contenido en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, con el fin de preparar y obtener 3-metiltiopropionaldehído.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde una relación molar de alimentación de acroleína y metilmercaptano es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente, de 0,97:1 a 0,98:1.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el catalizador se selecciona entre bases orgánicas, bases inorgánicas o sales formadas por aminas terciarias y ácidos, y es preferiblemente una sal formada por una amina terciaria y ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico; la amina terciaria es una o varias de entre trietilamina, tri-n-propilamina, tri-n-butilamina, triisopropilamina y N,N-dimetilbencilamina; y una relación molar de la amina terciaria y el ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es de 1,05:1 a 2,0:1, preferiblemente, de 1,1:1 a 1,5:1.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, donde una cantidad de adición del catalizador es de entre 0,05 % y 0,5 % y, preferiblemente, entre 0,1 % y 0,3 % de una masa total de la acroleína y el metilmercaptano añadidos.
5. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde una reacción entre la acroleína y la
cantidad excesiva de metilmercaptano y una reacción entre la acroleína suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído presentan una temperatura de reacción de entre 20 y 60 °C, preferiblemente, entre 20 y 40 °C.
6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el método para la preparación de 3-metiltiopropionaldehído como producto intermedio de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico también comprende una etapa de llevar a cabo una detección en línea de una cantidad residual de hemiacetal en el 3-metiltiopropionaldehído obtenido y de ajustar la cantidad suplementaria de acroleína de acuerdo con los resultados de detección.
7. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde se emplea un método de detección espectroscópico Raman en línea en la detección en línea.
8. Método de acuerdo con la reivindicación 6, donde se emplea un método de detección espectroscópico Raman en línea en la detección en línea.
9. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde una reacción entre la acroleína y la cantidad excesiva de metilmercaptano se lleva a cabo en un primer reactor R1, y una reacción entre la acroleína suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído se lleva a cabo en un segundo reactor R2.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, donde el primer reactor R1 es un reactor de recirculación, y el segundo reactor R2 es un reactor de flujo de pistón.
11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, donde el primer reactor R1 es un reactor de torre o un reactor agitado de múltiples pasos, preferiblemente, un reactor de torre con placa(s) deflectora(s) dispuesta(s) en el interior.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 9, donde se proporciona un detector de
espectroscopia Raman en línea D1 en una salida del primer reactor para la detección en línea del contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído.
13. Método de acuerdo con la reivindicación 9, donde se proporciona un detector de espectroscopia Raman en línea D2 en una salida del segundo reactor para la detección en línea del contenido de hemiacetal en 3-metiltiopropionaldehído.
14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, donde una parte de la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído se introduce en el segundo reactor R2, la parte restante se utiliza como materiales circulantes del primer reactor R1, y una relación de la cantidad de materiales que se introducen en el segundo reactor R2 con respecto a la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del primer reactor R1 es de 1:10 a 1:50, preferiblemente, de 1:15 a 1:30.
15. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde el 3-metiltiopropionaldehído obtenido mediante la preparación se utiliza para la preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
16. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde el 3-metiltiopropionaldehído obtenido mediante la preparación se utiliza para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
17. Método para la preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo como producto intermedio de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el método comprende: hacer reaccionar 3-metiltiopropionaldehído que se prepara y se obtiene mediante el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 con una cantidad excesiva de ácido cianhídrico para obtener una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo; llevar a cabo una detección de un contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y determinar una cantidad suplementaria de
3-metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección; y mezclar y hacer reaccionar la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo con el 3-metiltiopropionaldehído suplementado para poder llevar a cabo una reacción completa del ácido cianhídrico contenido en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, con el fin de preparar y obtener 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
18. Método de acuerdo con la reivindicación 17, donde una relación molar de alimentación de 3-metiltiopropionaldehído y ácido cianhídrico es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente, de 0,97:1 a 0,98:1.
19. Método de acuerdo con la reivindicación 17, donde una reacción entre 3- metiltiopropionaldehído y la cantidad excesiva de ácido cianhídrico y una reacción entre el 3-metiltiopropionaldehído suplementado y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo presentan una temperatura de reacción de entre 20 y 80 °C, preferiblemente, entre 25 y 45 °C.
20. Método de acuerdo con la reivindicación 17, donde el método para la preparación de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo como producto intermedio de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico comprende también una etapa de llevar a cabo una detección en línea de una cantidad residual de ácido cianhídrico en el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenido y de ajustar la cantidad suplementaria de 3-metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección.
21. Método de acuerdo con la reivindicación 17, donde se emplea un método de detección espectroscópico Raman en línea en la detección en línea.
22. Método de acuerdo con la reivindicación 20, donde se emplea un método de detección espectroscópico Raman en línea en la detección en línea.
23. Método de acuerdo con la reivindicación 17, donde una reacción entre
3-metiltiopropionaldehído y la cantidad excesiva de ácido cianhídrico se lleva a cabo en un tercer reactor R3, y una reacción entre el 3-metiltiopropionaldehído suplementado y la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo se lleva a cabo en un cuarto reactor R4.
24. Método de acuerdo con la reivindicación 23, donde el tercer reactor R3 es un reactor de recirculación, y el cuarto reactor R4 es un reactor de flujo de pistón.
25. Método de acuerdo con la reivindicación 26, donde el tercer reactor R3 es un reactor de torre o un reactor agitado de múltiples pasos, preferiblemente, un reactor de torre con placa(s) deflectora(s) dispuesta(s) en el interior.
26. Método de acuerdo con la reivindicación 23, donde se proporciona un detector de espectroscopia Raman en línea D3 en una salida del tercer reactor R3 para la detección en línea del contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
27. Método de acuerdo con la reivindicación 23, donde se proporciona un detector de espectroscopia Raman en línea D4 en una salida del cuarto reactor R4 para la detección en línea del contenido de ácido cianhídrico en 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
28. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 23 a 27, donde una parte de la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en el tercer reactor R3 se introduce en el cuarto reactor R4, la parte restante se utiliza como materiales circulantes del tercer reactor R3, y una relación de la cantidad de materiales que se introducen en el cuarto reactor R4 con respecto a la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del tercer reactor R3 es de 1:5 a 1:30, preferiblemente, de 1:10 a 1:20.
29. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 a 28, donde el 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo obtenido mediante la preparación se utiliza para la
preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico.
30. Método para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el método comprende:
etapa (1): una etapa de hacer reaccionar acroleína con metilmercaptano para preparar 3-metiltiopropionaldehído;
etapa (2): una etapa de hacer reaccionar 3-metiltiopropionaldehído con ácido cianhídrico para preparar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo; y
etapa (3): una etapa de hidratar 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo mediante la utilización de ácido sulfúrico y, a continuación, hidrolizar para preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico;
donde en las etapas (1), (2) y (3), el estado de reacción de los materiales se detecta en línea y las proporciones de los materiales se controlan de acuerdo con los resultados de detección, con el fin de poder llevar a cabo una reacción completa.
donde dicha etapa (1) comprende:
hacer reaccionar acroleína con una cantidad excesiva de metilmercaptano en presencia de un catalizador en un primer reactor R1 para formar una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído; llevar a cabo una detección en línea de un contenido de hemiacetal en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, y determinar una cantidad suplementaria de acroleína de acuerdo con los resultados de detección; mezclar la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído con la acroleína suplementada y, a continuación, dejar que la mezcla se introduzca en un segundo reactor R2 para poder llevar a cabo una reacción completa de hemiacetal contenido en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído, con el fin de preparar y obtener una solución de reacción de 3-metiltiopropionaldehído.
31. Método de acuerdo con la reivindicación 30, donde el primer reactor R1 es un reactor de recirculación seleccionado entre un reactor de torre o un reactor agitado de múltiples pasos y es, preferiblemente, un reactor de torre con placa(s) deflectora(s) dispuesta(s) en el interior.
32. Método de acuerdo con la reivindicación 30 o 31, donde una relación molar de alimentación de acroleína y metilmercaptano es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente, de 0,97:1 a 0,98:1.
33. Método de acuerdo con la reivindicación 30 o 31, donde una parte de la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído se introduce en el segundo reactor R2, la parte restante se utiliza como materiales circulantes del primer reactor R1, y la relación de la cantidad de materiales que se introducen en el segundo reactor R2 con respecto a la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del primer reactor R1 es de 1:10 a 1:50, preferiblemente, de 1:15 a 1:30.
34. Método de acuerdo con la reivindicación 30, donde dicha etapa (1) comprende además una etapa de llevar a cabo una detección en línea de una cantidad residual de hemiacetal en 3-metiltiopropionaldehído y de ajustar la cantidad suplementaria de acroleína de acuerdo con los resultados de detección.
35. Método de acuerdo con la reivindicación 30, donde una reacción entre la acroleína y la cantidad excesiva de metilmercaptano y una reacción entre la acroleína suplementada y la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído presentan una temperatura de reacción de entre 20 y 40 °C.
36. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 31, donde el catalizador se selecciona entre bases orgánicas, bases inorgánicas o sales formadas por aminas terciarias y ácidos; y una cantidad del catalizador es de entre 0,05 % y 0,5 % y,
preferiblemente, entre 0,1 % y 0,3 % de una masa total de acroleína y metilmercaptano.
37. Método de acuerdo con la reivindicación 36, donde el catalizador es una sal formada por una amina terciaria y ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde una relación molar de la amina terciaria con respecto al ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es de 1,05:1 a 2,0:1, preferiblemente, de 1,1:1 a 1,5:1, y la amina terciaria es al menos una seleccionada entre trietilamina, tri-n-propilamina, tri-n-butilamina, triisopropilamina y N,N-dimetilbencilamina.
38. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 37, donde una relación molar de acroleína y metilmercaptano en la solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente, de 0,97:1 a 0,98:1.
39. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 38, donde dicha etapa (2) comprende:
hacer reaccionar 3-metiltiopropionaldehído con una cantidad excesiva de ácido cianhídrico en un tercer reactor R3 para formar una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo; llevar a cabo una detección en línea de un contenido de ácido cianhídrico en la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y determinar una cantidad suplementaria de 3-metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección; y mezclar la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo con el 3-metiltiopropionaldehído suplementado y, a continuación, dejar que la mezcla se introduzca en un cuarto reactor R4 para poder llevar a cabo una reacción completa de ácido cianhídrico contenido en 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, con el fin de preparar y obtener 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
40. Método de acuerdo con la reivindicación 39, donde el tercer reactor R3 se selecciona entre un reactor de torre o un reactor agitado de múltiples pasos y es, preferiblemente, un reactor de torre con placa(s) deflectora(s) dispuesta(s) en el interior.
41. Método de acuerdo con la reivindicación 39, donde una parte de la solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en el tercer reactor R3 se introduce en el cuarto reactor R4, la parte restante se utiliza como materiales circulantes del tercer reactor R3, y una relación de la cantidad de materiales que se introducen en el cuarto reactor R4 con respecto a la cantidad de materiales utilizados como materiales circulantes del tercer reactor R3 es de 1:5 a 1:30, preferiblemente, de 1:10 a 1:20.
42. Método de acuerdo con la reivindicación 39, donde una relación molar de alimentación de 3-metiltiopropionaldehído y ácido cianhídrico es de 0,95:1 a 0,99:1, preferiblemente, de 0,97:1 a 0,98:1.
43. Método de acuerdo con la reivindicación 39, donde una reacción entre 3-metiltiopropionaldehído y la cantidad excesiva de ácido cianhídrico y una reacción entre el 3-metiltiopropionaldehído suplementado y la solución de reacción previa de 2- hidroxi-4-metiltiobutironitrilo presentan una temperatura de reacción de entre 25 y 45 °C.
44. Método de acuerdo con la reivindicación 39, donde dicha etapa (2) comprende además una etapa de llevar a cabo una detección en línea de una cantidad residual de ácido cianhídrico en 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y de ajustar la cantidad suplementaria de 3- metiltiopropionaldehído de acuerdo con los resultados de detección.
45. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 44, donde dicha etapa (3) comprende:
someter 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo a reacción de hidratación en presencia de ácido sulfúrico en un reactor de hidratación R5 para formar 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida, donde una cantidad residual de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo en solución de reacción se detecta en línea y una cantidad de ácido sulfúrico que se ha de utilizar se ajusta de acuerdo con los resultados de detección, con el fin de poder llevar a cabo una reacción de hidratación completa; y
mezclar 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida con agua y, a continuación, dejar que la mezcla se introduzca en un reactor de hidrólisis R6, con el fin de preparar ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico mediante reacción de hidrólisis.
46. Método de acuerdo con la reivindicación 45, donde el reactor de hidratación R5 y/o el reactor de hidrólisis R6 es un reactor agitado de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 3 a 20 y, preferiblemente, de 5 a 15.
47. Método de acuerdo con la reivindicación 45, donde dicha etapa (3) comprende además las siguientes etapas: ajustar el valor de pH del ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico entre 1 y 2, con el fin de obtener una solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico; dejar que la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se introduzca en una torre de extracción para su extracción; y dejar que un líquido de extracción que contiene ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico se introduzca en una torre de destilación por arrastre de vapor, con el fin de obtener ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico desde el fondo de la torre de destilación por arrastre de vapor.
48. Método de acuerdo con la reivindicación 47, donde un disolvente de extracción de la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es uno que se selecciona entre metilisobutilcetona, butanona, pentanona, hexanona y éter metílico de tert-butilo; y una relación de masa del disolvente de extracción y la solución neutralizada de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico es de 0,3:1 a 3:1, preferiblemente, de 0,5:1 a 2:1.
49. Método de acuerdo con la reivindicación 47, donde la torre de extracción es una torre de extracción agitada de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 10 a 30 y, preferiblemente, de 15 a 25.
50. Método de acuerdo con la reivindicación 47, donde la torre de destilación por arrastre de
vapor es una torre de placas con un número de placas de 10 a 40 y, preferiblemente, de 15 a 30.
51. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 50, donde se emplea una detección de espectroscopia Raman en línea en la detección en línea.
52. Dispositivo de producción continua para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico, donde el dispositivo de producción continua comprende: un dispositivo de producción de 3-metiltiopropionaldehído, un dispositivo de producción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y un dispositivo de producción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico conectados secuencialmente;
el dispositivo de producción de 3-metiltiopropionaldehído comprende un primer reactor R1 para la formación de una solución de reacción previa de 3-metiltiopropionaldehído y un segundo reactor R2 para la preparación y la obtención de 3-metiltiopropionaldehído, donde las salidas del primer reactor R1 y el segundo reactor R2 están dotadas, respectivamente, de un dispositivo de detección para la detección de un contenido de hemiacetal;
el dispositivo de producción de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo comprende un tercer reactor R3 para la formación de una solución de reacción previa de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo y un cuarto reactor R4 para la preparación y la obtención de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo, donde las salidas del tercer reactor R3 y el cuarto reactor R4 están dotadas, respectivamente, de un dispositivo de detección para la detección de un contenido de ácido cianhídrico; y
el dispositivo de producción de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico comprende un reactor de hidratación R5 para la formación de 2-hidroxi-4-metiltiobutiramida y un reactor de hidrólisis R6 para la preparación de ácido 2-hidroxi-4-metiltiobutírico por medio de reacción de hidrólisis, así como una torre de extracción y una torre de destilación por arrastre de vapor,
donde una salida del reactor de hidratación R5 está dotada de un dispositivo de detección para la detección de un contenido de 2-hidroxi-4-metiltiobutironitrilo.
53. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 52, donde el dispositivo comprende además un dispositivo de visualización para los resultados de detección.
54. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 52 o 53, donde el dispositivo de detección es un dispositivo de detección espectroscópico Raman en línea.
55. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 52, donde tanto el primer reactor R1 como el tercer reactor R3 son reactores de recirculación, que son seleccionados entre reactores de torre o reactores agitados de múltiples pasos y, preferiblemente, reactores de torre con placa(s) deflectora(s) dispuesta(s) en el interior.
56. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 52, donde tanto el segundo reactor R2 como el cuarto reactor R4 son reactores de flujo de pistón.
57. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 52, donde tanto el reactor de hidratación R5 como el reactor de hidrólisis R6 son reactores agitados de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 3 a 20 y, preferiblemente, de 5 a 15.
58. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 54, donde la torre de extracción es una torre de extracción agitada de múltiples pasos con un número de pasos de agitación de 10 a 30 y, preferiblemente, de 15 a 25.
59. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 52, donde la torre de destilación por arrastre de vapor es una torre de placas con un número de placas de 10 a 40 y, preferiblemente, de 15 a 30.
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