左旋谷氨酰胺生產(chǎn)原料及生產(chǎn)工藝分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u26744左旋谷氨酰胺生產(chǎn)原料及生產(chǎn)工藝分析案例 188821.1生產(chǎn)原料含量、分子量、投料比 1193731.2主要合成路線 1204031.2.1發(fā)酵法生產(chǎn)左旋谷氨酰胺 2299371.2.2左旋谷氨酰肼的裂解合成法 299141.2.3硫酸催化合成法 2195861.3路線討論及最優(yōu)選確定 327351.4生產(chǎn)流程 41.1生產(chǎn)原料含量、分子量、投料比表3-11.2主要合成路線L-谷氨酰胺的合成探索有相當(dāng)?shù)囊饬x，許多學(xué)者都對此表示關(guān)注，同時對其展開了深入的研究。在當(dāng)前的市場上，L-谷氨酰胺價格約為85萬元/噸左右，生產(chǎn)成本約谷氨酰胺的3倍，價格很高。因此，設(shè)計出一個成本較低，產(chǎn)率較高的L-谷氨酰胺工藝顯得尤為重要。因為消化道疾病和顱神經(jīng)機能的疾病發(fā)病率在全世界都算較高，所以其發(fā)展前景非常廣闊，有著很多潛在的市場[5]。通過制定合理的生產(chǎn)工藝，可以擴大產(chǎn)能，滿足人們對于左旋谷氨酰胺的需求，從而產(chǎn)生大量的經(jīng)濟效益。目前主要的生產(chǎn)方法是發(fā)酵法和合成法。在本設(shè)計中，將不同的生產(chǎn)方法進行了比較，得出最優(yōu)解后通過改進，得到了一條新的工藝路線。1.2.1發(fā)酵法生產(chǎn)左旋谷氨酰胺在這個過程中，谷氨酰胺是由產(chǎn)生谷氨酸的野生菌株產(chǎn)生的。發(fā)酵法在世界上是較為常用的方案，但我國應(yīng)用相對較少，生產(chǎn)規(guī)模相對較低。發(fā)酵法一般為通過創(chuàng)造發(fā)酵條件，為L-谷氨酰胺的合成創(chuàng)造一個有利的環(huán)境，提高細(xì)菌中酶的活性，使酶的催化效果得到很好的提升。因此，L-谷氨酰胺可以有大量的產(chǎn)生[6]。1.2.2左旋谷氨酰肼的裂解合成法肼的裂解合成法相對較為簡單，它的主要步驟，首先是要使用L-谷氨酸先經(jīng)濃硫酸酯化，然后與水合肼進行縮合，得到谷氨酰胺，再經(jīng)雷尼鎳轉(zhuǎn)化為L-谷氨酰胺。反應(yīng)要求在pH=11.5的酸堿條件之下，進行時常為8個小時的反應(yīng)，經(jīng)計算，谷氨酰胺的產(chǎn)率有80%左右。提純在反應(yīng)中較為重要，最好能做到反應(yīng)一步就進行一次，以將產(chǎn)生的諸如焦谷氨酸等影響產(chǎn)物純度的物質(zhì)提出。[7]。圖3-11.2.3硫酸催化合成法圖3-2使用化學(xué)合成法時，硫酸為催化劑合成的生產(chǎn)工藝在當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛。該方法操作和反應(yīng)條件要求簡單、便于生產(chǎn)時對操作的控制。但該生產(chǎn)用到大量化學(xué)試劑，在生產(chǎn)過程中會有所殘留，對產(chǎn)物純度有一定影響，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。1.3路線討論及最優(yōu)選確定發(fā)酵法的工藝目前在國外應(yīng)用廣泛，相對化學(xué)法較為常見，但該工藝有明顯不足，其對于設(shè)備要求和生產(chǎn)技術(shù)較高，成本也有很高要求，菌群的獲得對于生產(chǎn)企業(yè)也是一道難題。因此我國只有有限的部分企業(yè)使用該方法進行生產(chǎn)[8]，其生產(chǎn)能力遠(yuǎn)達(dá)不到市場要求。與發(fā)酵法生產(chǎn)工藝相比，化學(xué)合成法對設(shè)備要求以及成本都相對較低。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，從L-氨基酸中提取L-谷氨酰胺的收率可達(dá)80%。因此在現(xiàn)階段，國內(nèi)更多的生產(chǎn)廠家選用化學(xué)法生產(chǎn)L-谷氨酰胺，相應(yīng)的產(chǎn)量也有所增加。

當(dāng)然，用L-谷氨酰肼法生產(chǎn)L-谷氨酰胺是有其不足之處的。生產(chǎn)中使用的水合肼原料毒性較大，對于人體會有一定的危害，同時要進行反應(yīng)需要雷尼鎳。雷尼鎳不可重復(fù)使用，而該反應(yīng)對雷尼鎳的消耗非常大，想獲得理想的產(chǎn)率需求較高，由此會帶來嚴(yán)重的污染問題[9]，因此此方案也不算優(yōu)秀。所以我們選擇氨化法,同時在此方案中，本研究以鹽酸氣體代替濃硫酸，避免了傳統(tǒng)的用濃硫酸催化L-谷氨酸酯化，然后氨解制備L-谷氨酰胺的工藝。因為該工藝生產(chǎn)路線較為冗雜，產(chǎn)率也不高。生產(chǎn)損失最大的是在L-谷氨酸甲酯的分離純化中[10]，避免該步生產(chǎn)可以更好提高產(chǎn)量，降低成本。新的設(shè)計之中，我們通過氨解后水解的更為簡單的方式來生產(chǎn)。此反應(yīng)中，有一點尤為重要，即選擇這樣生產(chǎn)時，要注意對氨基進行一個保護，通過分析判斷，我們選擇的是利用CS2。如果只發(fā)生氨化反應(yīng)而不加氨基保護，會產(chǎn)生其他副產(chǎn)物影響生產(chǎn)反應(yīng)，所以進行氨基保護尤為重要。保護氨基時選用的二硫化碳有其獨特的優(yōu)勢，二硫化碳法的工藝成本低，生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，同時產(chǎn)率也更高，對于環(huán)境的污染也相對更少。其具體路線如下所示：圖3-31.4生產(chǎn)流程（1）甲基化稱取計算好的甲醇于反應(yīng)器中。邊加入邊進行攪拌，持續(xù)片刻后，向加料釜中加入一定量的28%氯化氫甲醇溶液，攪拌反應(yīng)約2分鐘。下一步在20℃左右的情況下加入一定量的L-谷氨酸℃.

然后，在28℃攪拌至少120分鐘。（2）導(dǎo)入氨氣首先將上述反應(yīng)得的溶液導(dǎo)入通氨反應(yīng)釜中，開始反應(yīng)，觀察溫度計，待溫度低于20攝氏度后，導(dǎo)入氨氣，要嚴(yán)格將反應(yīng)保持在20攝氏度之下才可進行下步反應(yīng)，下一步引入兩種試劑，一種為CS2，另一種為N,N-二乙基乙胺，隨后攪拌，攪拌工作需要一定時間，為了使反應(yīng)充分，根據(jù)經(jīng)驗判斷65分鐘為宜。攪拌結(jié)束以后，開始進行氨解。氨解過程保持緩慢充入NH3↑，同時與之前反應(yīng)相同，溫度控制不得高于20攝氏度，可以利用冰水來冷卻，防止溫度過高。反應(yīng)結(jié)束時可以看到黃色的溶液，并且其中會混有些不溶性的黃色固體。（3）保溫工作上一步工作完畢后，繼續(xù)持續(xù)攪拌所獲溶液，隨后轉(zhuǎn)移到35℃的高壓釜中保溫，保溫工作預(yù)計持續(xù)20個小時。成功反應(yīng)后可以觀察到溶液由黃至黑的變化。

（4）

用氨化溶液水解L-谷氨酰胺甲酯

上步反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液需移入水解釜，氨氣在此階段需要排除，可以經(jīng)由一定的壓力排出，設(shè)備工藝流程中保持溶液的溫度低于30℃，除氨的過程到溶液密度小于1.085時停止。停止后，在攪拌的狀況下，在反應(yīng)釜中加入甲醇，隨后邊攪拌邊加入水，水和甲醇的質(zhì)量可由上步所得液乘2所計算得，之后加入乙酸，以消除二硫化碳保護。繼續(xù)攪拌直至溶液溫度到達(dá)40℃。此時二硫化碳開始蒸發(fā)。保持?jǐn)嚢?小時，此時溶液溫度應(yīng)保證不高于50攝氏度。一小時后，將其冷卻至10℃以下，保持約2.5小時，得到粗L-谷氨酰胺產(chǎn)品。左旋谷氨酰胺精制首先離心，干燥，隨后我們利用精煉釜，